122

ТЕМА Паразитические простейшие – возбудители болезней человека.

1. Характерные черты организации простейших.

Тип простейших – Protozoa.

Протозоология – наука о паразитических простейших – возбудителях заболеваний человека.

Болезни, вызываемые простейшими, называют протозойными.

Морфофизиологическая характеристика.

По строению простейшие соответствуют отдельной клетке многоклеточных организмов (отсюда название «одноклеточные»), по функциям – целому самостоятельному организму. Организм простейших, представленный

единственной клеткой, передвигается, захватывает пищу, размножается, защищается от врагов, самостоятельно переживает неблагоприятные условия, т.е. обладает всеми свойствами целого организма. Другими словами простейшие являются организмами на клеточном уровне.

Тело простейших имеет микроскопические размеры и состоит из тех же компонентов, что и клетка многоклеточных – наружной мембраны, цитоплазмы, ядра и органоидов.

Наружная мембрана имеет типичное трехслойное строение, но за счет дополнительных образований у некоторых видов может достигать большой толщины и плотности. Цитоплазма подразделяется на два слоя: наружный и внутренний. Наружный слой (эктоплазма) более плотный, однородный и прозрачный, внутренний (эндоплазма) – зернистый, имеет более жидкую консистенцию. В эндоплазме находятся органоиды общего назначения – митохондрии, ЭПС, КГ и др. Кроме того, простейшие имеют органоиды специального назначения, осуществляющие функции передвижения, питания, выделения, защиты и др.

Органоидами движения простейших служат:

1. Псевдоподии или ложноножки, представляющие собой временные подвижные выросты цитоплазмы;

2. Жгутики – постоянные органоиды, имеющие вид длинной тонкой нити, начинающейся обычно на переднем конце;

3. Реснички – постоянные органоиды, представляющие собой многочисленные короткие нити.

Строение органоидов питания не одинаково и зависит от способа питания разных простейших. Большая часть простейших питается частицами твердой пищи посредством фаго- или пиноцитоза. У таких организмов для переваривания пищи существует пищеварительная вакуоль, связанная по происхождению с лизосомами. Фактически это капля жидкости, содержащая пищеварительные ферменты. Она образуется при поступлении пищи в эндоплазму, окружает пищевую частицу и перемещается с ней по телу простейшего. Пища переваривается и всасывается в цитоплазму. Остатки непереваренной пищи вместе с пищеварительной вакуолью выбрасываются наружу.

Многие простейшие, ведущие паразитический образ жизни, усваивают пищу всей поверхностью тела, используя в основном механизм пиноцитоза. Наконец, небольшая группа простейших питается подобно растениям, за счет фотосинтеза, и имеет хлоропласты.

Органоиды выделения представлены сократительной или пульсирующей вакуолью, имеющей вид небольшого пузырька, наполненного жидкими продуктами метаболизма. Вакуоль периодически увеличивается, а затем сокращается, выбрасывая продукты метаболизма наружу.

У простейших, обитающих в пресной воде, сократительная вакуоль выполняет дополнительно осморегулирующую функцию. Концентрация минеральных и органических веществ в теле простейших выше, чем в окружающей среде, поэтому вода осмотически постоянно поступает в цитоплазму. Если воду не удалять, то произойдет набухание и гибель простейшего. У морских форм сократительная вакуоль может отсутствовать.

Большинство простейших имеет одно ядро, имеющее строение, характерное для эукариот.

Простейшие могут размножаться бесполым и половым путем. Бесполое размножение встречается как в виде деления на две части, так и в виде множественного деления (ядро при этом делится митозом).

Половой процесс у большинства простейших представлен копуляцией (слиянием клеток), или конъюгацией (обменом наследственным материалом).

Инцистирование.

Циста – неподвижная форма жизненного цикла простейших, покрытая плотной оболочкой и характеризующаяся резко замедленным обменом веществ. При неблагоприятных условиях внешней среды простейшие превращаются в цисты. Они перестают питаться, двигаться, резко замедляют обмен веществ и покрываются толстой оболочкой. Цисты могут сохраняться в течение длительного времени (месяцы и годы). Кроме того, в состоянии цисты простейшие способны расселяться (ветром, водой, животными) на огромные расстояния. При восстановлении благоприятных условий из цисты вновь выходит активная вегетативная (питающаяся) форма.

Многие простейшие перешли к паразитическому образу жизни.

Тип Простейшие делится на шесть классов: саркодовые, или корненожки, жгутиковые, инфузории, споровики, книдоспоридии, микроспоридии. Паразиты человека встречаются в каждом классе.

2. Дизентерийная амеба.

Тип простейших. Класс Саркодовые. Отряд Амебы.

Дизентерийная амеба – Entamoeba histolytica. (Энтамэба хистолитика)

Возбудитель заболевания амебиаза или амебной дизентерии.

Распространение – повсеместно. Локализация – толстый кишечник человека.

Жизненный цикл паразита.

Паразитирует только у человека. В жизненном цикле встречаются следующие формы: циста, мелкая вегетативная форма, крупная вегетативная форма, тканевая форма.

Инвазионной стадией является циста, содержащая 4 ядра (отличительный видовой признак). В кишечнике человека оболочка цисты растворяется и из нее образуются четыре мелкие одноядерные вегетативные формы.

Мелкая вегетативная форма обитает в просвете толстого кишечника, питается в основном бактериями, размножается, и не вызывает заболевания. При попадании в нижние отделы толстого кишечника она превращается в цисту.

При неблагоприятных условиях мелкая вегетативная форма проникает в стенки кишечника (тканевая форма), где интенсивно размножается и вызывает поражение слизистой с образованием язв. При этом разрушаются стенки кровеносных сосудов и возникают кровотечения в полость кишки.

При появлении амебных поражений кишечника мелкие вегетативные формы, находящиеся в просвете кишечника, начинают превращаться в крупную вегетативную форму. Она отличается широкими тупыми псевдоподиями и способна поглощать эритроциты.

При лечении или нарастании защитной реакции организма крупная вегетативная форма вновь превращается в мелкую форму, которая начинает инцистироваться. В последующем или наступает выздоровление, или заболевание переходит в хроническую форму.

У некоторых зараженных людей мелкая вегетативная форма никогда не превращается в крупную форму. Таких людей называют цистоносителями. Они служат источником заражения окружающих. За сутки один цистоноситель выделяет до 600 млн. цист.

Источник заболевания – человек. Выделяющиеся с фекалиями цисты загрязняют почву и воду.

Патогенное действие.

Развивается тяжелое заболевание, основными симптомами которого служат: кровоточащие язвы в кишечнике, частый и жидкий стул с примесью крови и слизи. Иногда по кровеносным сосудам дизентерийная амеба может заноситься в печень и другие органы, вызывая там образование абсцессов (очагов нагноения).

Диагностика. Микроскопирование мазков фекалий. В остром периоде в мазке находят крупные вегетативные формы, содержащие эритроциты. При хронической форме или цистоносительстве в фекалиях обнаруживаются четырёхядерные цисты.

Профилактика амёбиаза

Общественная профилактика:

1) выявление и лечение больных и носителей,

2) борьба с загрязнением почвы и воды фекалиями человека,

3) обследование работников пищеблоков и детских учреждений,

4) санитарно-просветительная работа;

Личная профилактика:

1) мыть руки после посещения туалета,

2) ошпаривать овощи и фрукты,

3) не пить сырую воду,

4) бороться с мухами – переносчиками цист дизамёбы.

5) обучать детей правилам личной гигиены.

3. Урогенитальная трихомонада.

Тип простейших. Класс Жгутиковые. Отряд многожгутиковые.

Урогенитальная трихомонада – Trichomonas vaginalis (Трихомонас вагиналис)

Возбудитель урогенитального трихомоноза.

Распространение – повсеместно. Локализация – мочеполовые пути мужчин и женщин. У женщин во влагалище и в шейке матки, а у мужчин в мочеиспускательном канале, мочевом пузыре и в предстательной железе. Зараженность женщин достигает 20–40%, мужчин – 15%.

Характеристика и жизненный цикл паразита.

Тело имеет овальную грушевидную форму с заостренным выростом на заднем конце. Длина тела от 7 до 30 мкм, от переднего конца отходят 4 свободных жгутика, идущие вперед, и один направленный назад, который связан с ундулирующей мембраной. Посередине клетки проходит опорный стержень (аксостиль), конец которого выступает на заднем конце тела. Яро напоминает косточку сливы. В цитоплазме находятся пищеварительные вакуоли, содержащие лейкоциты, эритроциты и бактерии, которыми этот паразит и питается.

Цист не образует, живет только в вегетативной форме

Патогенное действие.

Вызывает возникновение мелких воспалительных очагов в слизистой мочеполовой систем. Зачастую воспаление носит затяжной характер. У мужчин заболевание большей частью заболевание протекает бессимптомно и может завершиться выздоровлением примерно через 1 мес. У женщин первоначально поражается влагалище, но впоследствии заболевание становится многоочаговым и может протекать несколько лет. При остром течении характерны обильные жидкие выделения, зуд и жжение.

Заражение происходит половым путем или через загрязнённый гинекологический инструментарий.

Диагностика. Микроскопическое исследование мазков из отделяемого мочеполовых путей с целью нахождения вегетативной формы трихомонады.

Профилактика трихомоноза определяется способом заражения.

4. Лямблии.

Лямблия – Lamblia intestinalis (Лямблия интестиналис)

Возбудитель заболевания лямблиоза.

Распространение – повсеместно. Локализация – двенадцатиперстная кишка, желчные пути.

Характеристика и жизненный цикл паразита.

Характерно наличие двусторонней симметрии. Тело грушевидной формы, передний конец расширен и закруглен, задний сужен и заострен. В клетке симметрично располагаются два крупных ядра и четыре пары жгутиков. В расширенной части тела находится углубление – присасывательный диск, с помощью которого паразит прикрепляется к ворсинкам кишечника. Вдоль тела проходят 2 аксостиля. Питаются растворенными веществами, накапливающимися в зоне пристеночного пищеварения. Попадая в нижние отделы кишечника, образуют четырехядерные цисты, которые являются инвазионной стадией. Во внешней среде цисты сохраняют жизнеспособность в течение нескольких недель.

Заражение происходит через немытые овощи, фрукты, некипяченую воду, грязные руки.

Патогенное действие.

Паразиты располагаются пристеночно, вызывая механическую блокаду стенки кишки, чем нарушают пристеночное пищеварение и всасывающую функцию. Иногда заболевание протекает бессимптомно. Возможно цистоносительство.

Диагностика.

Обнаружение цист в фекалиях или вегетативных форм в содержимом двенадцатиперстной кишки при зондировании.

Профилактика.

Общественная профилактика:

1) выявление и лечение больных и носителей,

2) борьба с загрязнением почвы и воды фекалиями человека,

3) обследование работников пищеблоков и детских учреждений,

4) санитарно-просветительная работа;

Личная профилактика:

1) мыть руки после посещения туалета,

2) ошпаривать овощи и фрукты,

3) не пить сырую воду,

4) бороться с мухами – переносчиками цист дизамёбы,

5) обучать детей правилам личной гигиены.

5. Балантидий кишечный – Balantidium coli (Балантидиум коли) — воз­будитель балантидиаза.

Это крупное простейшее, длиной до 200 мкм, относящееся к классу Инфузории. Сохранены многие признаки свободноживущих инфузорий: все тело по­крыто ресничками, имеются цитостом (клеточный рот) и цитофарингс (клеточная глотка). Под пелликулой расположен слой прозрачной эктоплазмы, глубже находится эндоплаз­ма с органеллами и двумя ядрами. Макронуклеус имеет гантелевидную или бобовидную форму, рядом с ним находится маленький микрону­клеус, который обычно не виден, а в цитоплазме отчетливо выделяется сократительная вакуоль. Циста балантидия овальная, покрыта двухслойной оболочкой.

Вегетативная форма балантидия может жить в кишечнике человека, питаясь бактериями и не принося ему вреда, но иногда внедряется в стенку кишки, вызывая образование язв с гнойным и кровянистым отделением. В этом случае в его цитоплазме часто обнаруживаются форменные элементы крови хозяина. Для заболевания характерны длительные поносы с кровью и гноем, а иногда и перфорация (прободение) кишечной стенки с последующим разви­тием перитонита (воспаление брюшины). Как и при амебной дизентерии, балантидий может попадать в кровеносное русло и оседать в печени, легких и других органах, вызы­вая там образование абсцессов.

Кроме человека, балантидий встречается также у крыс и свиней, которые и являются его основным резервуаром.

Лабораторная диагностика — обнаружение цист и трофозоитов в мазках фекалий больного.

Профилактика — как при лямблиозе, однако в связи с зоонозной природой балантидиаза следует также вести борьбу с грызунами и обе­спечивать гигиеническое содержание свиней.

6. Токсоплазма – Toxoplasma gondii (Токсоплазма гондии)

Возбудитель заболевания токсоплазмоза.

Распространение – повсеместно.

Локализация – клетки различных органов человека. Обнаружены в головном мозгу, сердечной и скелетных мышцах, тканях глаза, иногда в легких и стенках матки, оболочках плода.

Морфофизиологическая характеристика.

На стадии мерозоитов токсоплазмы имеют форму апельсиновой дольки или полумесяца. Передний конец тела сужен, задний – расширен и закруглен.

Жизненный цикл.

Окончательными хозяевами служат кошки и другие представители семейства кошачьих, промежуточными – различные виды птиц и млекопитающих, а также человек.

В кишечник промежуточного хозяина попадают ооцисты.

Ооцисты - это разновидность цист, которые образуются не во внутренних органах, а в кишечнике только у представителей семейства кошачьих. 

Ооцисты содержат спорозоиты. Последние освобождаются из ооцисты, проникают в эпителиальные клетки кишечника и там начинают размножаться путем деления надвое. В результате в клетках хозяина образуется большое количество особей, которые окружаются общей оболочкой, и образуют цисту.

При попадании цист в окончательного хозяина спорозоиты, проникнув в клетки кишечника, приобретают округлую форму и превращаются в шизонты, которые начинают размножаться путем шизогонии.

Шизогония – тип размножения простейших класса споровиков, характеризующийся многократным делением ядра и последующим распадением клетки на множество дочерних клеток – мерозоитов.

В результате образуется группа мелких веретеновидных мерозоитов, располагающихся относительно друг друга как дольки мандарина. Через некоторое время мерозоиты выходят в просвет кишечника, внедряются в новые клетки и вновь превращаются в шизонтов.

Через несколько шизогоний бесполое размножение сменяется половым процессом. Мерозоиты, проникнув в клетки, превращаются в незрелые мужские (микрогаметы) и женские (макрогаметы) половые клетки. После оплодотворения зигота образует прочную двухслойную оболочку и превращается в ооцисту. Внутри ооцист происходит спорогония и образуется две споры с четырьмя спорозоитами в каждой. Ооцисты являются инвазионной стадией, как для промежуточного, так и для окончательного хозяина.

Ооцисты могут выделяться с испражнениями, мочой, через носовую слизь, слюну, и т.д. У млекопитающих возможно внутриутробное заражение через плаценту.

Многие промежуточные хозяева (грызуны, птицы) являются пищей для окончательного хозяина, их ткани и органы при поедании служат источником заражения окончательного хозяина.

Пути заражения человека:

• при поедании мяса инвазированных животных;

• с молоком и молочными продуктами;

• при уходе за больными животными, при обработке шкур и разделке животного сырья;

• от домашних животных, прежде всего от кошек.

• внутриутробно через плаценту;

• при переливании крови и пересадке органов.

Патогенное действие.

Поражаются нервная, половая, лимфатическая системы, органы зрения. Нередко наблюдается бессимптомное носительство. Наиболее опасным является трансплацентарное заражение. При этом возможно рождение детей с множественными врожденными пороками развития, в первую очередь головного мозга.

Диагностика. Используются следующие методы:

1) микроскопирование материала, взятого от больного человека (находят цисты). Для этого используют плаценту, печень, кровь, лимфатические узлы, головной мозг.

2) постановка биологических проб: мышам вводят в кровь спинномозговую жидкость больного. Мыши заболевают токсоплазмозом и у них легко обнаруживаются токсоплазмы.

3) постановка иммунологических реакций: пациенту подкожно вводят стандартный антиген токсоплазмы (продукты её метаболизма) и смотрят на реакцию пациента. Если она положительная, значит, в его организме уже есть антитела к антигену токсоплазмы. Эти антитела вырабатываются только человеком, заражённым токсоплазмой.

Профилактика

• термическая обработка животных продуктов питания,

• санитарный контроль на бойнях и мясокомбинатах,

• предотвращение тесных контактов детей и беременных женщин с домашними животными.

Тема: Простейшие, обитающие в тканях организма и передающиеся трансмиссивно: лейшмании, трипаносомы, малярийные плазмодии.

1. Лейшмании – Leishmania (Лейшмания).

Лейшмании относятся к классу жгутиковых простейших и являются возбудителями лейшманиозов.

Лейшманиоз широко распространен по всему миру, главным образом в тропической и субтропической зонах. Случаи заболевания растут, и предполагается, что опасность заражения угрожает 350 миллионам людей. Это одно из наиболее значимых заболеваний в мире.

Заболевания вызывают несколько видов паразитов – Leishmania donovani (лейшмания Доновани) Leishmania tropica (лейшмания тропика) Leishmania braziliensis (лейшмания бразилиензис) Leishmania mexicana (лейшмания мексикана).

Все виды сходны морфологически и имеют одинаковый цикл развития. Они существуют в двух формах: безжгутиковая (лейшманиальная) и жгутиковая (промастиготная).

Жгутиковая форма имеет веретенообразное строение, длина паразита до 25 мкм. От переднего конца паразита отходит жгутик длиной 15-20 мкм, у основания которого лежит кинетопласт (клеточная органелла, расположенная у некоторых простейших у основания жгутика). Обитает в пищеварительной системе москитов-переносчиков лейшманий.

Лейшманиальная форма очень мелкая (3-5мкм), её характерная черта округлое ядро, жгутик отсутствует, хотя имеется палочковидный кинетопласт. Эти формы обитают в лимфоузлах, а также клетках селезёнки, печени, надпочечников, грызунов, лис и собак.

Кожный лейшманиоз. Вызывается Leishmania tropica (Старый Свет) и L. mexicana и L. braziliensis (Америка).

Очаги поражения находятся в коже. Это самый распространенный тип лейшманиоза, протекающий относительно доброкачественно. На коже появляются язвы, которые заживают в течение нескольких месяцев, но оставляют глубокие рубцы.

Слизисто-кожный лейшманиоз. Вызывается Leishmania braziliensis. При этой форме заболевания паразиты проникают из кожи по кровеносным сосудам в носоглотку, гортань, мягкое небо, половые органы, и вызывает здесь абсцессы.

Висцеральный лейшманиоз. Вызывается L. donovani (Индия, Африка).

Заболевание начинается через несколько месяцев или даже лет после заражения. Паразиты размножаются в макрофагах и в моноцитах крови. При этом нарушаются функции печени и кроветворение. Заболевание сопровождается очень высокой интоксикацией. При отсутствии лечения заболевание заканчивается летально.

Источником инфекции и резервуаром различных видов лейшманиоза являются больные люди, собаки, различные грызуны, обезьяны, ленивцы. Переносчиками лейшманиозов служат различные виды москитов. Лейшмании, попавшие в желудок москита, превращаются в жгутиковые формы, и размножаются. Через 5-8 суток москит во время укуса может вызвать заражение человека.

Лейшманиоз - достаточно тяжелое заболевание, от него каждый год умирает около полумиллиона человек. Только ранние стадии болезни позволяют излечиться без дальнейших последствий.

Лабораторная диагностика. Для обнаружения возбудителя при кожном лейшманиозе готовят мазки из содержимого бугорков, при висцеральном лейшманиозе — из пунктата костного мозга.

Профилактика.

1. борьба с переносчиками

2. уничтожение природных резервуаров (грызуны и бродячие собаки)

3. использование репеллентов (природное или синтетическое химическое вещество, отпугивающее насекомых и клещей) и защитной одежды

4. профилактические прививки.

2. Трипаносомы – возбудители африканского и американского трипаносомозов

Возбудителями африканского трипаносомоза (сонной болезни) являются два вида трипаносом – Trypanosoma brucei gambiense (Трипаносома бруцеи гамбиензэ) и Trypanosoma brucei rhodesiense (Трипаносома бруцеи родезиензэ).

Особенности морфологии.

Паразит имеет извилистую заострённую с обеих сторон форму. Длиной 17-18 мкм. Стадии, паразитирующие у человека, имеют 1 жгутик, ундулирующую мембрану сбоку и кинетопласт.

Трипаносомы поселяются у человек в крови, лимфе, спинномозговой жидкости.

Trypanosoma brucei gambiense встречается в Западной Африке, а Trypanosoma brucei rhodesiense – в Восточной и Юго-Восточной Африке.

Жизненный цикл этих паразитов протекает в организме человека, домашних и диких копытных животных.

Trypanosoma brucei gambiense  чаще поражает человека, свиней и собак. Trypanosoma brucei rhodesiense чаще поражает диких животных – антилоп и носорогов. Переносчиком обоих видов трипаносом являются два вида мух це-це, но Trypanosoma brucei gambiense  переносит вид, живущий поблизости от жилища человека, а Trypanosoma brucei rhodesiense переносит вид, обитающий в открытых саванах. В связи с этим сонная болезнь, возбудителем которой является Trypanosoma brucei gambiense, встречается гораздо чаще.

Сонная болезнь без лечения протекает около 5 лет и выражается в головной боли и боли в суставах, в нарастающей мышечной слабости, истощении и сонливости. Так как трипаносомы в организме человека могут размножаться только внутри клеток (в основном эритроцитов), болезнь сопровождается анемией и нарушением функций сердца. Возможны случаи самоизлечения, но обычно заболевание заканчивается смертью больного.

Диагностика. Исследование мазков крови и спинномозговой жидкости больного для выявления в них возбудителя. Используются также иммунологические реакции.

Профилактика.

Надежной вакцины от сонной болезни нет. Борьба с трипаносомозом основывается на выяв­лении и эффективном лечении инфекции у людей, а также уничтожении переносчиков.

Наиболее эффективной мерой является стерилизация самцов мух це-це и выпуск их в окружающую среду. Такие самцы эффективно конкурируют за самок с нормальными самцами, а самки, бывшие в контакте с ними, остаются бесплодными. Также широко используются ловушки, в которых находятся аттрактанты – вещества своим запахом привлекающие самцов мух. Пойманных мух уничтожают.

Trypanosoma сruzi (Трипаносома крузи) возбудитель американского трипаносомоза (болезни Чагаса)

Длина этой трипаносомы в крови человека достигает 20мкм. Кинетопласт очень крупный круглой формы. Трипаносомы проникают вначале в макрофаги кожи.

Макрофаги – клетки, способные к захвату и перевариванию генетически чужеродных клеток или токсичных веществ.

Затем трипаносомы проникают в клетки миокарда, мышц и нейроглии.

(нейроглия — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани)

При этом они теряют жгутики, ундулирулирующие мембраны, и превращаются в безжгутиковые формы. Здесь и происходит размножение паразитов. В крови эти трипаносмы никогда не делятся. В конечном счёте, поражённая клетка вся заполняется безжгутиковыми формами трипаносом и разрывается, а паразиты внедряются в новые клетки. При этом часть их, превращаясь вновь в жгутиковую форму, поступают в кровь, откуда в дальнейшем они могут попасть в организм переносчика.

Переносчики болезни Чагаса – триатомовые клопы. В них трипаносомы размножаются и, поступая в заднюю кишку, достигают состояния инвазионности.

Инвазионность – способность паразитов, внедряться в организм человека и вызывать заболевание.

Вскоре после кровососания клопы испражняются на покровы человека или животного, и трипаносомы проникают в кровь в месте укуса клопа или через неповреждённые слизистые оболочки губ, носа и глаз.

Окончательными хозяевами кроме человека являются броненосцы, опоссумы, крысы, обезьяны и домашние животные – собаки, кошки, свиньи, и куры.

Человек может заражаться также половым путем, при переливании крови, и трансплацентарно.

Болезнь поражает в основном детей младшего возраста, у которых протекает остро и иногда вызывает умственную отсталость. В старшем возрасте заболевание часто переходит в хроническую форму.

Диагностика. В острой форме заболевания возможно обнаружение трипаносом в крови, пунктатах лимфоузлов, в спинномозговой жидкости.

Пунктат - небольшое количество ткани или жидкости, извлечённое путём пункции с диагностической целью

Иммунологический метод позволяет выявить в организме больного антитела на антигены трипаносомы.

Профилактика.

1. Т. к. вакцины против болезни Шагаса нет, то самым эффективным способом профилактики является борьба с переносчиками заболевания;

2. Тестирование доноров крови;

3. Отказаться от посещения очагов болезни без крайней на то необходимости;

4. Носить светлую одежду, рубашки с длинными рукавами;

5. При выходе на улицу брать с собой репелленты против насекомых;

3. Малярийные плазмодии.

Тип простейшие. Класс споровики. Отряд кровяные споровики.

Виды малярийных плазмодиев: Plasmodium vivax (Плазмодиум вивакс)

Plasmodium malariae (Плазмодиум маляриэ),

Plasmodium Falciparum (Плазмодиум фальципарум),

Plasmodium ovale (Плазмодиум овале)

Паразитами человека являются 4 вида малярийных плазмодиев. По строению и циклу развития все плазмодии сходны между собой. Развитие плазмодиев идёт со сменной хозяев, но без выхода во внешнюю среду. Окончательным хозяином (организм, в котором паразит размножается половым путем) является малярийный комар. Промежуточным хозяином (организм, в котором паразит размножается бесполым путем) является человек. Возбудителем малярии является малярийный плазмодий, а комар является переносчиком возбудителя малярии.

Самцы питаются соками растений, а самки – преимущественно кровью. После оплодотворения самки активно ищут хозяина-прокормителя. Откладка яиц самками наступает только после кровососания.

Жизненный цикл.

1 этап. Преэритроцитарная шизогония.

Она протекает в печени человека. Плазмодий попадает к человеку при укусе зараженного комара, который вводит со слюной в кровь человека узкие полулунной формы спорозоиты. С током крови они разносятся по телу и проникают в клетки печени, где растут и превращаются в стадию шизонта. Через некоторое время шизонты начинают размножаться путем шизогонии с образованием 1.000–5.000 мерозоитов (в зависимости от вида плазмодия). Печеночная клетка разрушается, мерозоиты выходят из неё и переходят в ток крови, где проникают в эритроциты. Преэритроцитарный цикл происходит однократно.

2 этап. Эндоэритроцитарная шизогония.

Она протекает внутри эритроцитов. Мерозоиты, внедрившиеся в эритроциты, превращаются в шизонты. На микропрепарате шизонт имеет вид кольца. Плазмодий на этой стадии называется шизонтом в стадии кольца. Шизонт быстро растет за счет поглощения гемоглобина эритроцита, выпускает псевдоподии и амебовидно двигается внутри эритроцита. Данная стадия развития получила название амебоидного шизонта. Постепенно шизонт заполняет весь эритроцит, после чего начинает размножаться путем шизогонии.

Число образовавшихся мерозоитов у разных видов неодинаково: у Pl. vivax 22, Pl. Malariae 6-12, Pl. Falciparum 12-18. Количество мерозоитов является диагностическим признаком. К этому времени эритроцит разрушается и мерозоиты выходят в плазму крови. Вместе с ними в плазму поступают продукты обмена плазмодиев, обладающие токсическим действием, что вызывает у больного приступ лихорадки. Вышедшие в плазму мерозоиты тут же внедряются в новые эритроциты, где процесс повторяется сначала, и через правильные интервалы времени образуются новые поколения мерозоитов. Период эндоэритроцитарной шизогонии у Pl. vivax, Pl falciparum, Pl. оvale длится 48 часов (3-х дневная малярия), у Pl. malariae – 72 часа (4-х дневная малярия). За счет повторных шизогоний количество паразитов в организме человека быстро возрастает.

После нескольких циклов бесполого размножения начинается подготовка к половому процессу. Часть мерозоитов, внедрившись в эритроцит, не образует шизонты, а превращается в незрелые половые клетки – гаметоциты. Крупные гаметоциты (макрогаметоциты) – женские клетки, а мелкие гаметоциты (микрогаметоциты) – мужские. В организме человека размножения и дальнейшего развития гаметоцитов не происходит. Для дальнейшего развития гаметоциты должны попасть в организм окончательного хозяина – комара рода Anopheles. Таким образом, гаметоциты являются инвазионной стадией для комара. В комаре происходит процесс полового размножения и спорогония.

3 этап. Половое размножение и спорогония.

Гаметоциты попадают в организм комара вместе с кровью больного. В желудке комара они начинают развиваться, превращаясь в зрелые половые формы, или гаметы. После оплодотворения образовавшаяся подвижная зигота проникает на наружную поверхность желудка комара и превращается в ооцисту. В ооцисте происходит процесс спорогонии, в результате которого при делении ядра и цитоплазмы внутри ооцисты образуется огромное количество спорозоитов (до 1000). Оболочка ооцисты лопается, и спорозоиты выходят в полость тела и гемолимфу, откуда направляются в слюнные железы комара.

Патогенное действие. У больного развиваются периодические приступы лихорадки, связанные с одномоментным выходом из эритроцитов продуктов жизнедеятельности паразита в конце бесполых циклов размножения. Каждый приступ включает стадии озноба и повышения температуры до 40ºС, он длится до 6-12 часов. Интервалы между приступами зависят от вида плазмодия. Характерно увеличение печени и селезенки. При всех формах малярии у больных развивается прогрессирующая анемия. В тяжелых случаях, при отсутствии лечения, болезнь заканчивается смертельным исходом.

Лабораторная диагностика.

Обнаружение паразитов в мазке или толстой капле крови. Кровь рекомендуется брать во время приступа или тотчас же после него. Также будет снижено количество эритроцитов.

Профилактика.

• общественная – так как резервуаром малярии служит человек, важно выявлять и лечить больных. Также необходимо бороться с переносчиками плазмодиев – малярийными комарами.

• личная – защита от укусов (репелленты и механические средства: марлевые пологи, сетки и прочие).

Борьба с комарами наиболее результативна на стадии личинки и куколки.

• засыпка канав и карьеров со стоячей водой.

• обработка ядохимикатами небольших водоемов

• применение биологических мер борьбы (рыбки гамбузии охотно питаются личинками комаров).

ТЕМА Паразитические плоские черви (сосальщики) – возбудители болезней человека.

1. Характерные признаки организации и классификация типа Плоские черви.

Тело сплющено в дорзовентральном направлении, форма лентовидная или листовидная. Стенка представлена кожно-мускульным мешком, состоящим из слоя кожного эпителия и трех слоев гладкой мускулатуры – кольцевого, продольного и диагонального.

У паразитических червей поверх кожно-мускульного мешка расположен тегумент. Это покровная ткань с неклеточным строением выполняющая защитную функцию.

Полость тела отсутствует, внутренние органы погружены в паренхиму – рыхлую соединительную ткань, в которой накапливаются запАсные питательные вещества.

Дыхательная и кровеносная системы отсутствуют.

Пищеварительная система представлена ртом, глоткой, пищеводом (передний отдел) и двумя кишечными каналами – прямыми или разветвленными (средний отдел). В кишечнике происходит переваривание и всасывание пищи. Заканчивается кишечник слепо, т.к. анального отверстия нет. Непереваренные остатки пищи выбрасываются через рот. У некоторых плоских червей (ленточные) пищеварительная система отсутствует.

Выделительная система протонефридиального типа. Она состоит из звездчатых, клеток, разбросанных по всему телу, и системы отходящих от них ветвистых канальцев. В середине каждой клетки находится полость с пучком ресничек. В клетки осмотически поступают продукты метаболизма, реснички направляют их в канальцы. Канальцы соединяются между собой в два боковых канала, которые сливаются и открываются выделительной порой на заднем конце тела.

Нервная система представлена двумя нервными узлами в переднем конце тела. От них отходят вдоль тела нервные стволы, которые соединяются между собой перемычками. Образуется система, именуемая ортогоном (прямоугольник). К органам чувств относятся нервные чувствительные окончания.

Половая система гермафродитная, имеет весьма сложное строение.

В процессе эволюции впервые появляются органы совокупления – влагалище и совокупительный орган. Эти части делают возможным внутреннее осеменение, которое более надёжно, чем наружное осеменение, обеспечивает встречу и слияние яйцеклеток и сперматозоидов.

Тип плоские черви подразделяется на 3 класса: ресничные черви, сосальщики, ленточные черви.

2. Класс Сосаль­щики

Тип плоские черви – Plathelminthes. (Плательминтес)

Класс Trematoda (Трематода)

Класс включает только паразитические формы.

Печёночный сосальщик – Fasciola hepatica (Фасциола гепатика) – возбудитель фасциолёза. Он паразитирует в желчных ходах печени и желчном пузыре травоядных животных, реже у человека. Он питается кровью и питательными веществами, накопленными в клетках печени. Тело паразита (3-5см) листовидное, сплющенное в спинно-брюшном направлении. Имеется тегумент, который предотвращает переваривание живых паразитов в организме хозяина.

Органами прикрепления к телу хозяина служат две присоски: ротовая и брюшная, ротовая присоска, кроме того, участвует в насасывании пищи.

Пищеварительная, выделительная и нервная система системы типичные для плоских червей.

Оплодотворение, как правило, перекрестное, т.е. при размножении черви соединяются попарно и обмениваются мужскими половыми клетками. Сперматозоиды из мужского полового органа (цирруса) поступают в матку партнера, где соединяются с яйцеклетками. Оплодотворенное яйцо окружается оболочкой и продвигается к отверстию матки. За время перемещения яйца в нём развивается зародыш, а позже личинка. Созревшее яйцо выходит через отверстие матки наружу.

Жизненный цикл

Он проходит со сменой хозяев и с несколькими поколениями личиночных стадий.

Окончательным хозяином служат позвоночные и человек, промежуточным – моллюск малый прудовик. Характерной особенностью жизненного цикла служит размножение личиночных стадий путем партеногенеза.

Половозрелая форма (марита) откладывает в кишечник яйца. Они с фекалиями человека должны попасть в воду. Здесь из яйца выходит первая личиночная стадия – мирацидий. Он имеет овальную форму, ресничный покров, 2 пигментных глазка на переднем конце тела. В задней части тела мирацидия находятся зародышевые клетки, которые путём партеногенеза дают начало следующему поколению личиночных форм. Мирацидий плавает в воде и активно проникает в тело промежуточного хозяина – моллюска малого прудовика.

Пока личинка находится в теле моллюска, из зародышевых клеток появляются личинки. После ряда личиночных стадий (спороциста, редия, церкарий) количество особей паразита возрастает в тысячи раз. Последняя личиночная стадия (церкарий) имеет присоски и хвостик. Она покидает тело моллюска, с помощью хвостика некоторое время плавает, а затем прикрепляется к листьям и стеблям растений, отбрасывает хвостик, покрывается оболочкой и превращается в цисту (адолескарий).

Животные (коровы) заражаются при питье воды из стоячих водоемов, или поедания травы на заливных лугах.

Заражение человека происходит при питье сырой воды, особенно из стоячих водоемов, или при употреблении немытых овощей и зелени (чаще всего салата, щавЕля), поливаемых водой из водоемов, содержащих адолескариев.

В кишечнике основного хозяина личинки освобождаются от оболочек, пробуравливают стенку кишки и попадают в полость брюшины, откуда мигрируют в печень, а затем в желчные ходы. Здесь через 3-4 мес. из личинок образуются половозрелые, которые начинают откладывать яйца.

Патогенное действие. Паразиты оказывают токсическое действие на организм больного. Скопление паразитов вызывает задержку тока желчи и сока поджелудочной железы. Длительное паразитирование большого количества этих сосальщиков приводит к развитию цирроза в пораженных органах, а иногда и к возникновению первичного рака печени. При большом количестве гельминтов возможен смертельный исход.

Диагностика.

Основной метод – обнаружение яиц в фекалиях больного. Следует иметь в виду, что яйца могут быть обнаружены у здорового человека в том случае, если он ел печень зараженных фасциолёзом животных (транзитные яйца). Во избежание ошибок следует исключить из рациона больного печень и через 3- 4 дня провести повторный анализ фекалий.

Профилактика.

Личная профилактика

• не пить сырую воду, особенно из стоячих водоемов;

• тщательно мыть зелень и овощи,

Общественная профилактика:

• не допускать попадания фекалий человека и животных в водоёмы

• выявление и лечение больных животных

• санитарная охрана пастбищ на заливных лугах.

• санитарно-просветительная работа

3. Кошачий сосальщик.

Кошачий сосальщик – Opisthorchis felineus (Описторхис фелинеус). Другое название – сибирский сосальщик

Вызывает заболевание описторхоз.

Половозрелые особи паразитируют в желчных протоках печени, желчном пузыре, поджелудочной железе.

Встречается в районе Оби и Иртыша, реже в бассейне Камы, Днепра.

Главное морфологическое отличие кошачьего сосальщика – нахождение в задней части тела двух лопастных семенника, между которыми виден S-образно изогнутый канал выделительной системы.

Жизненный цикл.

Окончательные хозяева – человек, кошка, собака, лисица, песец и другие рыбоядные животные. Промежуточные хозяева:

первый – пресноводный моллюск рода Битиния,

второй – рыбы семейства карповых (язь, плотва, сазан, вобла и др.).

Через желчные протоки окончательного хозяина яйца попадают в кишечник и с фекалиями выносятся наружу. Для развития яйцо должно попасть в воду и быть заглоченным моллюском, в организме которого из яйца выходит мирацидий, затем последовательно образуются спороцисты, редии, церкарии. Последние выходят из моллюска и активно или пассивно проникают в тело рыбы, где в подкожной клетчатке или мышцах превращаются в метацеркарии. При поедании окончательным хозяином зараженной рыбы метацеркарии попадают в его пищеварительный тракт, затем паразит проникает в печень и желчный пузырь, где превращается в половозрелую форму (мариту).

Человек заражается при употреблении в пищу плохо прожаренной и проваренной рыбы. Особенно широко распространен описторхоз в тех регионах, где существует обычай употреблять в пищу сырую свежемороженую рыбу (строганина).

Патогенное действие.

Паразиты оказывают токсическое действие на организм больного. Скопление паразитов от 20 тыс. экземпляров (известно обнаружение до 75 тыс. паразитов) вызывает задержку тока желчи и сока поджелудочной железы. Длительное паразитирование большого количества этих сосальщиков приводит к развитию цирроза в пораженных органах, а иногда и к первичному раку печени. При большом количестве гельминтов возможен смертельный исход.

Диагностика. Диагноз ставится на основании обнаружения яиц паразита в фекалиях больного или в содержимом двенадцатиперстной кишки. Яйца бледно-желтой окраски, с крышечкой на одном полюсе. Возможно также обнаружение половозрелых паразитов при дуоденальном зондировании.

Профилактика:

Личная: не употреблять в пищу строганину, проводить термическую обработку рыбы;

Общественная:

• соблюдение определенных условий посола рыбы,

• охрана воды от заражения фекалиями человека,

• санитарно-просветительная работа.

4. Печеночный сосальщик.

Печеночный сосальщик распространен повсеместно.

Главным отличительным признаком являются сильно разветвлённые семенники, которые располагаются в средней части тела. Желточники также сильно развиты, образуют широкую зону по краю всего тела, кроме переднего конуса.

Жизненный цикл. Патогенное действие. Диагностика. Профилактика. (см. выше)

5. Легочный сосальщик.

Тип плоские черви. Класс Сосальщики.

Легочный сосальщик – Paragonimus westermani (Парагонимус вестермани)

Вызывает заболевание парагонимоз.

Локализация. Половозрелая форма обитает в мелких разветвлениях бронхов, вызывая образования кистозных полостей.

Распространен по всему тропическому поясу, исключая Австралию, а за пределами тропиков – в Дальневосточном регионе, включая южные районы Приморского края и Приамурья.

Морфологическая характеристика. По форме тела они напоминают семя апельсина, красно-коричневой окраски и имеют размеры до 12мм. Ротовая присоска расположена терминально, брюшная – примерно на середине брюшной стороны тела. Кишечные каналы широкие, неразветвленные, по ходу образуют многочисленные изгибы.

Жизненный цикл.

Окончательные хозяева – человек и животные, питающиеся ракообразными (выдра, норка, собака, кошка, тигр, леопард, свинья). Первый промежуточный хозяин – пресноводные моллюски рода Меланиа, второй – пресноводные раки, крабы и креветки.

Половозрелые формы живут попарно в кистах бронхов, и отложенные яйца выделяются вместе с мокротой во внешнюю среду. Часть яиц может заглатываться и выделяться с фекалиями. Для дальнейшего развития яйцо должно попасть в воду. Из яйца выходит мирацидий и активно проникает в моллюска, в котором развиваются личиночные стадии (спороцисты, редии, церкарии). Церкарии внедряются в речных крабов или раков, где превращаются в метацеркарии.

Человек заражается при употреблении в пищу сырых и плохо проваренных раков и крабов. Парагонимусы выходят из оболочки, проникают через стенку кишечника в брюшную полость, а оттуда через диафрагму – в плевру и легкие.

Патогенное действие.

В связи с тем, что эти паразиты поселяются в легких, в организме человека они осуществляют сложную миграцию из кишечника через брюшную полость, диафрагму и плевру. Локализация паразитов в легких приводит к воспалению (очаговой пневмонии), кровоизлияниям и к воспалению легких. Заболевание сопровождают лихорадка, кашель с мокротой и примесью крови, что может симулировать туберкулез. Яйца с током крови могут заноситься в различные органы, в связи с чем, возможна атипичная локализация. Особенно опасно попадание паразита в головной мозг. Это сопровождается эпилепсией и атрофией зрительного нерва.

Диагностика. Обнаружение яиц гельминта в мокроте или в фекалиях, куда яйца могут попадать при проглатывании мокроты. Яйца довольно крупные, желтой окраски, с крышечкой.

Профилактика.

Личная:

не употреблять в пищу сырых или плохо термически обработанных раков и крабов;

Общественная:

• санитарно-просветительная работа,

• охрана водоемов от загрязнения фекалиями человека,

• выявление и лечение больных.

6. Ланцетовидный сосальщик – Dicrocoelium lanceatum (Дикроцелиум ланцеатум) – возбудитель дикроцелиоза. Этот паразит распространён повсеместно. Внешне он напоминает кошачьего сосальщика размерами и формой, но семенники его имеют более округлую форму и расположены на передней стороне тела. Яйца его немного крупнее, чем яйца кошачьего сосальщика.

Ланцетовидный сосальщик имеет двух промежуточных хозяев: первый моллюск рода Зебрина, второй – рыжий муравей.

Окончательным хозяином являются копытные животные, а также, зайцы, медведи, собаки, лисы. Улитки проглатывают яйца сосальщика из фекалий окончательного хозяина. В яйце находится сформированная личинка мирацидий. В печени улитки партеногенетически развиваются спороцисты, редии и церкарии. Улитки через дыхательное отверстие выделяют комочки слизи вместе с церкариями.

Их съедают муравьи. Большинство проглоченных муравьём церкарий проникают в полость тела и там инцистируются, превращаясь в метацеркарии.  Однако одна церкария проникает в подглоточный ганглий муравья. Это приводит к изменению поведения муравья. Днем муравьи ведут себя нормально, но ночью не возвращаются в муравейник, а забираются высоко на стебли трав и прочно удерживаются челюстями за травинку.

Окончательные хозяева, поедают траву вместе с заражёнными муравьями. А в их организме из метацеркариев образуются половозрелые формы – мариты.

Человек заражается случайно, проглатывая ивазированного муравья. Поселяется ланцетовидный сосальщик желчных ходах печени.

Диагностика: микроскопирование фекалий человека для обнаружения яиц паразита.

Профилактика: личная – избегать случайного поедания муравьёв

общественная – дегельминтизация скота и охрана пастбищ от моллюсков зебрина

ТЕМА Ленточные черви – возбудители болезней человека.

1. Характерные черты организации и особенности жизненного цикла лен­точных червей.

Тип плоские черви – Plathelminthes. (Плательминтес)

Класс Ленточные черви – Cestoda (Цестода).

Все представители этого класса – эндопаразиты, обитающие в половозрелой форме в кишечнике человека и животных.

Морфофизиологическая характеристика.

Характерным внешним признаком служит лентовидное тело, разделенное на членики, или проглоттиды. Размеры резко варьируют: от 1мм до 10-18 м. На переднем конце тела находится головка, или сколекс, несущий органы фиксации. За ней следует несегментированная шейка, от которой постепенно отпочковываются молодые членики. Количество члеников от 3 до 5000.

На головке находятся органы фиксации: присоски (обычно 4), хоботок с крючьями или присасывательные щели – ботрии.

Шейка является зоной роста гельминта. Именно здесь образуются новые членики. В передней части тела находятся самые молодые членики, а на заднем конце самые старые, или зрелые проглоттиды.

В самых молодых члениках половая система отсутствует, затем появляются органы мужской половой системы, а затем в проглоттидах, расположенных примерно в середине тела, появляется и женская половая система, после чего членик становится гермафродитным, или незрелым.

В дальнейшем у многих видов часть половых органов в члениках редуцируется, остается лишь матка, содержащая зрелые яйца – такой членик называется «зрелым». Он может отделяться от тела червя и выделяться наружу.

Пищеварительная система отсутствует. Ленточные черви поглощают пищу всей поверхностью тела за счет многочисленных волосковидных выростов тегумента.

Тегумент – наружный слой кожно-мускульного мешка плоский червей, состоящий из однослойного эпителия и защищающий паразита от действия пищеварительных ферментов организма хозяина

Выделительная и нервная системы имеют типичное строение, характерное для всего типа плоских червей.

Кровеносная и дыхательная системы отсутствуют.

Половая система достигает исключительного развития и отличается большой сложностью строения. Цестоды – гермафродиты, однако оплодотворение, как правило, осуществляется между различными члениками одной особи или между разными особями. Т.к. мужские и женские половые органы находятся в каждом членике, ленточные черви обладают огромной плодовитостью.

В гермафродитных члениках происходит процесс образования половых продуктов, оплодотворения и образования яиц, которые переходят в матку, где начинается их созревание. При созревании яиц исчезают семенники и яичники, и зрелый членик содержит только матку, наполненную оплодотворёнными яйцами.

Жизненный цикл.

Цестоды имеют сложный цикл развития со сменой хозяев и несколькими личиночными стадиями.

Окончательным хозяином служат позвоночные животные и человек, промежуточным – большей частью позвоночные, но могут быть и беспозвоночные. В цикле развития всех цестод обязательно присутствуют две личиночные стадии – онкосфера и финна.

Онкосфера, или первая личиночная стадия, развивается в яйце, когда оно еще находится в членике, имеет шаровидную форму и несет 6 крючьев. В кишечнике промежуточного хозяина онкосфера освобождается из яйца, с помощью крючьев проникает через кишечную систему в кровеносные или лимфатические сосуды и с током крови пассивно разносится в различные части тела.

Там из онкосферы образуется вторая личиночная стадия – финна, как правило, представляющая собой пузырь, наполненный жидкостью, внутри которого ввернута одна или более головок.

Для дальнейшего развития финна должна попасть в кишечник окончательного хозяина. Там под влиянием пищеварительных соков головка выворачивается из пузыря наружу и прикрепляется к стенке кишечника, пузырь переваривается и отпадает. После этого от шейки начинают расти членики.

2. Свиной цепень.

Свиной цепень – Taenia solium (Тэниа солиум)

Заболевание – тениоз.

Распространение паразита преимущественно связано с развитием свиноводства.

Локализация половозрелых форм – тонкий кишечник человека.

Морфологическая характеристика.

Лентовидное тело белого цвета длиной 1,5-2м, в отдельных случаях может достигать 5-6 м. Головка микроскопических размеров (2-3мм) несет венчик из 22-32 крючьев и 4 присоски. За головкой находится шейка, затем членики. Гермафродитные членики имеют квадратную форму.

Яичник имеет две крупные доли и третью (дополнительную), маленькую дольку, что служит отличительным видовым признаком. Под яичником располагается желточник. Семенники находятся в боковых частях проглоттиды, половая клоака – сбоку.

В зрелых члениках матка образует 7–12 пар боковых ответвлений с каждой стороны, что служит диагностическим признаком.

Жизненный цикл. Окончательный хозяин только человек, промежуточный – свинья, иногда человек.

Источником инвазии служит только человек. Больной выделяет с фекалиями зрелые членики, содержащие яйца. Характерной особенностью является способность члеников активно выползать из ануса поодиночке. При подсыхании оболочка их лопается, и яйца могут свободно рассеиваться во внешней среде. Для дальнейшего развития яйцо должно попасть в организм свиньи, в её желудке из яйца выходит шестикрючная онкосфера. С помощью крючьев она проникает в кровеносные сосуды кишечника и заносится с током крови в различные органы, прежде всего в скелетную мускулатуру. Здесь онкосфера превращается в финну, типа цистицерк. Она представляет собой небольшой пузырек (диаметром до 10мм), наполненный жидкостью, внутрь которого ввернута одна головка. Финны сохраняются в мышцах свиньи длительное время.

Финны превращаются в половозрелую форму, попав в кишечник окончательного хозяина – человека. Заражение происходит при употреблении в пищу плохо проваренного или прожаренного мяса свиньи, содержащего финны. Под действием пищеварительного сока головка выворачивается из пузыря и прикрепляется к стенке кишечника. Пузырь переваривается, после чего начинается почкование члеников от шейки. Ленточная форма может жить у человека длительное время.

Патогенное действие. Складывается из нескольких моментов: механического воздействия, потребления пищи хозяина, токсического воздействия продуктов жизнедеятельности.

Симптоматика разнообразна. Могут наблюдаться тошнота, рвота, поносы, отсутствие аппетита. Тяжелым осложнением тениоза является цистицеркоз, т.е. развитие в организме больного финнозных стадий (см. далее).

Лабораторная диагностика тениоза основана на обнаружении характерных зрелых члеников в фекалиях, которые распознают по числу боковых ветвей матки (7-12). Обнаружение яиц в фекалиях не позволяет поставить точный диагноз, так как онкосферы свиного и бычьего цепней морфологически неотличимы.

Профилактика.

Личная:

• не покупать свинину, на прошедшую санитарно-ветеринарный контроль

• не употреблять в пищу непроваренной, сырой или полусырой свинины;

Общественная:

• охрана окружающей среды от загрязнения фекалиями человека,

• обследование работников свиноферм на зараженность тениозом,

• экспертиза свиных туш на мясокомбинатах, бойнях и рынках.

• санитарно-просветительная работа,

Зараженное мясо перерабатывается на непищевые продукты (мыло, удобрения и др.).

3. Цистицеркоз.

Чаще всего причина заболевания – присутствие в организме человека финнозных стадий свиного цепня (цистицерков). Человек в этом случае становится промежуточным хозяином.

Цистицеркоз может возникать двумя путями – как осложнение тениоза и независимо от него. В первом случае у человека, зараженного ленточной формой свиного цепня, довольно часто возникает обратная перистальтика кишечника и рвота, при рвоте вместе с содержимым кишечника в желудок могут забрасываться зрелые членики. Здесь они перевариваются, из них освобождаются яйца, которые, попадая в кишечник, начинают развиваться. Из яиц выходят онкосферы, они проникают в кровеносные сосуды кишечника и разносятся по организму, где превращаются в финны – цистицерки (отсюда название заболевания). В данном случае человек заражается от себя, поэтому говорят о самозаражении, или аутоинвазии.

Второй путь связан с несоблюдением правил личной гигиены. Здоровый человек может случайно проглотить яйца, находящиеся на загрязненных пищевых продуктах и загрязненных руках.

Локализация.

Разнообразна (печень, мышцы, легкие, мозг, глаза и др.).

Патогенное действие.

Цистицеркоз более опасен, чем тениоз, так как финны, локализуясь в глазах или мозге, вызывают тяжелые последствия. Особенно опасно развитие цистицерков в мозге, где они достигают более крупных размеров и служат причиной тяжелых нарушений и смерти больного. Развитие финны в глазу приводит к потере зрения. Лечение только оперативное. Финны, локализующиеся в мышцах или в подкожной соединительной ткани, не вызывают жалоб.

Лабораторная диагностика цистицеркоза сложнее, чем тениоза, она заключается в проведении иммунологических реакций.

Профилактика:

Личная:

• больной тениозом должен тщательно мыть руки после посещения туалета

Общественная:

• при лечении больных тениозом необходимо предотвращать рвоту, нельзя применять средства, растворяющие членики

• санитарно-просветительная работа.

4. Бычий цепень.

Бычий цепень – Taeniarhynchus saginatus (Тэниаринхус сагинатус).

Другое название цепень невооруженный.

Заболевание – тениаринхоз.

Локализация. Половозрелая форма обитает в тонком кишечнике человека.

Географически цепень распространен повсеместно, где население употребляет в пищу сырое или недостаточно обработанное говяжье мясо.

Морфофизиологическая характеристика.

Один из самых крупных гельминтов человека, достигает в длину 10 и даже 18м, и имеет мощные органы прикрепления (четыре присоски на головке). По строению сходен со свиным цепнем. Отличительными признаками служат

• отсутствие крючьев на сколексе (отсюда название невооруженный)

• отсутствие третьей дополнительной дольки яичника в гермафродитном членике.

• матка в зрелом членике имеет значительно больше боковых ответвлений (от 17 до 35).

Зрелые членики, отрываясь от тела, могут самостоятельно выползать из анального отверстия и передвигаться по телу и белью. Яйца содержат онкосферы, которые имеют три пары крючьев.

Жизненный цикл.

Окончательный хозяин только человек, промежуточный – крупный рогатый скот. Больной человек выделяет с фекалиями членики (по 5-6 члеников) и яйца, которые могут быть съедены скотом. В организме промежуточного хозяина развиваются финны. Так в мышцах коровы формируются финны, называемые цистицерками. В её мышцах финны могут сохранять жизнеспособность долгие годы. Образовавшиеся в мышцах финны попадают к человеку при употреблении в пищу зараженного мяса, которое плохо проварено или прожарено.

Тениаринхоз менее опасен, чем тениоз, так как не дает осложнений в виде цистицеркоза.

Патогенное действие:

• потребление пищи хозяина

• токсическое воздействие продуктов метаболизма на организм человека

• нарушение всасывания витаминов в кишечнике

Диагностика.

Для точного диагноза необходимо обнаружение в фекалиях зрелых члеников и подсчет количества боковых ветвей матки. Яйца морфологически неотличимы от яиц свиного цепня.

Профилактика.

Личная:

• не покупать мяса, не прошедшего экспертизу

• не употреблять в пищу плохо проваренного или прожаренного мяса

Общественная:

• выявление и лечение больных, особенно работающих в животноводстве;

• постройка уборных, не позволяющих скоту иметь доступ к фекалиям;

• ветеринарная экспертиза мяса на мясокомбинатах, бойнях, рынках.

5. Карликовый цепень.

Карликовый цепень – Hymenolepis nana (Гименолепис нана)

Заболевание – гименолепидоз.

Карликовый цепень распространен повсеместно, локализуется в тонком кишечнике человека.

Морфофизиологическая характеристика.

Длина – 1,5-2 см, реже до 5см. Сколекс шаровидной формы несет втягивающийся хоботок с крючьями и присосками. Шейка очень длинная и тонкая. Стробила содержит примерно 200 члеников. В проглоттидах преобладает размер в ширину. Зрелые членики более крупные, в них видна мешковидная матка с яйцами, вытесняющая остальные органы. Зрелые членики столь нежны, что, развиваясь, полностью разрушаются еще в кишечнике, поэтому яйца быстро выходят из них и попадают в фекалии.

Жизненный цикл.

Человек служит и окончательным и промежуточным хозяином. Заражение происходит при попадании яиц в рот. В тонком кишечнике из яиц выходят онкосферы, которые проникают в ворсинки слизистой оболочки и превращаются в финну, типа цистицеркоида. Финна растет, разрушает ворсинку и выпадает в просвет кишечника. Здесь под влиянием пищеварительного сока головка выворачивается, прикрепляется к стенке кишечника и начинает образовывать новые членики. Через 14-15 дней формируется половозрелая особь.

Считают, что яйца, выделившиеся в полость кишечника, иногда могут развиваться в половозрелую форму, не выходя из пищеварительного тракта. В этом случае говорят о внутрикишечной аутоинвазии, при этом количество паразитов может достигать до 1500 экземпляров. Таким образом, в организме человека могут сосуществовать как личиночные формы (в ворсинках), так и половозрелые (в просвете кишки).

Если яйца, выделившись из организма с фекалиями, попадают в пищеварительную систему мучного хруща из р. Tenebrio (Тенебрио), в нем разовьется финнозная стадия червя – цистицеркоид. При проглатывании инвазированного жука с непропеченным тестом в кишечнике человека из цистицеркоидов разовьются взрослые паразиты.

Патогенное действие.

Болеют дети в возрасте от 3 до 12 лет. Наблюдаются тошнота, рвота, чередующиеся длительные поносы, боли в области живота, истощение.

Лабораторная диагностика. Обнаружение яиц в фекалиях. Яйца круглой или овально-круглой формы, размером до 40 мкм, бесцветны.

Профилактика

Личная:

• соблюдение правил личной гигиены (мытьё рук после посещения туалета).

Общественная:

• пропаганда гигиенического содержания детей,

• борьба с мышами и крысами, т. к. крысиный гименолепидоз может передаваться человеку.

6. Лентец широкий.

Лентец широкий – Diphyllobothrium latum (Дифиллоботриум лятум)

Заболевание – дифиллоботриоз.

Очаги заболевания зарегистрированы, в Сибири (бассейны Оби, Енисея, Лены), на Дальнем Востоке, в бассейне Волги, а также в Карелии.

Локализация в организме человека и млекопитающих животных – кишечник.

Морфофизиологическая характеристика. Самый крупный из гельминтов человека (10м-20м). Сколекс имеет удлиненную форму, вместо присосок несет две продольные присасывательные щели – ботрии. Проглоттиды имеют характерную форму – их ширина в несколько раз больше длины.

Морфологические отличия, имеющие диагностическое значение:

• половая клоака находится не сбоку, а на вентральной стороне членика,

• матка образует характерную розетку и имеет собственное отверстие,

• в зрелых члениках не происходит атрофии органов половой системы.

Жизненный цикл.

Окончательный хозяин – человек и рыбоядные млекопитающие (собака, реже кошка, медведь, песец, лисица и др.).

Промежуточные хозяева:

первый – веслоногие рачки,

второй – пресноводные рыбы (щуки, налим, судак, окуни, лососевые и др.).

Окончательные хозяева выделяют с фекалиями яйца, которые для развития должны попасть в воду. Из яйца выходит ресничная личинка корацидий. Если личинка заглатывается рачком циклопом, из неё в кишечнике выходит онкосфера и проникает с помощью крючьев через стенку кишечника в полость тела. Здесь онкосфера превращается в финну типа процеркоид.

Рачок может быть съеден рыбами. В желудке второго промежуточного хозяина циклоп переваривается, процеркоид проникает в мышцы и превращается в плероцеркоид, представляющий собой плотную червеобразную личинку белого цвета, длиной около 6мм. На переднем конце находятся две присасывательные щели. Если зараженная рыба будет съедена другой хищной рыбой, плероцеркоид сохраняет жизнеспособность и приживается в тканях другого хозяина. Таким образом, плероцеркоиды накапливаются в мышцах и икре.

Окончательные хозяева (человек и плотоядные животные) инвазируются, поедая зараженную рыбу в сыром или полусыром виде. В кишечнике плероцеркоид присасывается ботриями и превращается в половозрелую особь.

Патогенное действие.

• лентецы повреждают стенку кишечника, ущемляя ее ботриями,

• скопление паразитов может вызвать кишечную непроходимость,

• у больного может развиться тяжелая анемия (паразит адсорбирует на теле витамина В₁₂),

Лабораторная диагностика.

Обнаружение в фекалиях округлых яиц округлые желто-коричневой окраски. На одном из полюсов яйца имеется крышечка, а на другом – маленький бугорок. Возможно обнаружение обрывков зрелых члеников лентеца.

Профилактика

Личная:

не есть строганину или плохо термически обработанную рыбу (а также икру);

Общественная:

• санитарно-просветительная работа,

• охрана воды и почвы от загрязнения фекалиями человека,

• выявление и лечение больных.

7. Эхинококк.

Эхинококк – Echinococcus granulosus (Эхинококкус гранулёзус)

Заболевание – эхинококкоз.

Распространен повсеместно, особенно в странах с пастбищным животноводством

Локализация. У человека, в отличие от остальных цестод, паразитирует в финнозной стадии, поражает печень, почки, легкие, мозг, мышцы, трубчатые кости, но может встречаться в любом органе. Финны этих паразитов могут жить в организме хозяина очень долго. При этом они постоянно растут и даже способны к бесполому размножению путем почкования.

Морфофизиологическая характеристика.

Мелкий ленточный червь, имеющий в длину всего 3-5 мм. Головка снабжена присосками и двумя рядами крючьев, шейка короткая, стробила состоит всего из 3-4 члеников. Задний членик (зрелый) крупный содержит матку, вмещающую около 800 яиц. Яйца по форме и размерам сходны с яйцами свиного и бычьего цепней.

Жизненный цикл.

Окончательные хозяева – собака, волк, шакал. Промежуточные – травоядные млекопитающие (крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, человек). Зрелые членики выползают из анального отверстия окончательного хозяина (преимущественно собаки), и активно расползаются по шерсти, выделяя при этом яйца. Членики, выброшенные с фекалиями, переползают на траву. Домашние травоядные животные поедают траву и одновременно заглатывают яйца эхинококка.

В кишечнике промежуточных хозяев из яйца выходит онкосфера, проникающая в кровеносные сосуды. По воротной вене она попадает в печень. Онкосферы, не осевшие в печени, через правое сердце попадают в легкие. Часто онкосферы, пройдя из легких в большой круг кровообращения, попадают в головной мозг и другие органы. В печени и других органах онкосфера превращается в финну типа эхинококк. Финна имеет вид пузыря, заполненного жидкостью. Стенка пузыря состоит из двух оболочек – наружной (хитиновой) и внутренней (зародышевой). Из зародышевой оболочки образуются дочерние и внучатые пузыри, в которых в большом количестве находятся головки паразита. Финна растет медленно и может достигать огромных размеров – у животных описана финна массой 64кг, а у человека – размером с головку новорожденного ребенка. Растущая финна сдавливает органы, вызывая их атрофию. Постоянное поступление продуктов диссимиляции в организм хозяина вызывает его истощение. Иногда дочерние пузыри растут не внутрь пузыря, а наружу, разрушая орган. Финны в теле промежуточного хозяина живут несколько лет.

Для дальнейшего развития они должны попасть в кишечник окончательного хозяина. Заражение собак и хищников происходит при поедании органов скота, зараженных эхинококком.

Человек чаще всего заражается при несоблюдении правил личной гигиены от больных собак, на шерсти которых находятся яйца. Через немытые руки яйца попадают в рот. Возможно заражение от овец, к шерсти которых пристают яйца эхинококка от сторожевых собак.

Человек не играет существенной роли в распространении эхинококкоза, так как финна после его смерти не передается животным. Таким образом, человек является по отношению к эхинококку биологическим тупиком.

Патогенное действие.

Обусловлено токсическим действием пузырной жидкости и механическим воздействием пузыря на окружающие органы. Лечение только хирургическое. Без своевременного хирургического вмешательства может наступить смерть. Чрезвычайно опасен разрыв крупных эхинококкозных пузырей, так как содержащаяся в них жидкость токсична и может вызвать шок и мгновенную смерть. Кроме того, при этом происходит обсеменение брюшной полости дочерними сколексами и развитие множественного эхинококкоза. Множественный эхинококкоз обычно заканчивается смертью хозяина.

Лабораторная диагностика.

Локализация эхинококковых пузырей во внутренних органах человека исключает возможность непосредственного выделения паразита в целях диагностики. Поэтому для постановки диагноза используют иммунологические реакции. Так же возможно применение рентгенологического и ультразвукового исследования.

Профилактика

Личная:

• мытье рук после общения с собаками, регулярный ветеринарный осмотр домашних собак

Общественная:

• дегельминтизация служебных сторожевых собак, особенно в овцеводческих хозяйствах;

• экспертизы туш крупного и мелкого рогатого скота в местах забоя;

• не скармливать органы животных, зараженных эхинококкозом, собакам; их надо уничтожать;

• уничтожение бездомных собак.

8. Альвеококк.

Альвеококк – Alveococcus multilocularis (Альвеококкус мультилокулярис)

Заболевание – альвеококкоз.

Распространение очаговое (Зап. Сибирь, Сред. Азия, Урал, Дал. Восток, Центр. и Южная Европа).

Локализация. Та же, что при эхинококкозе (печень, легкие, мозг, и любые другие органы), но первично поражает всегда печень.

Морфологическая характеристика.

Ленточная форма очень сходна с таковой эхинококка и отличается лишь меньшими размерами тела (до 2мм), меньшим количеством крючьев на головке, отсутствием боковых выпячиваний матки.

По строению финнозной стадии альвеококк резко отличается от эхинококка. Финна представляет собой совокупность мелких пузырьков, заключенных в общую соединительную капсулу. Пузырьки не содержат жидкости, почкуются только наружу, благодаря чему финна представляет собой постоянно растущий узел, и постепенно прорастают ткань по типу злокачественной опухоли. Возможен и отрыв отдельных пузырьков с распространением патологического процесса по организму, так как в каждом пузырьке находится сколекс паразита.

Жизненный цикл.

Окончательный хозяин – лисица, песец, волк, собака, иногда кошка. Промежуточный – мышевидные грызуны, а также человек. В остальном цикл развития не отличается от эхинококка. Человек заражается во время охоты на лисиц, песцов, через шкурки, зараженные яйцами, и при общении с собаками на охоте, использовании их как ездовых и пр. Другие промежуточные хозяева заражаются, поедая пищу, загрязненную фекалиями. Заражение окончательного хозяина происходит при поедании мышевидных грызунов.

Патогенное действие.

Альвеококкоз встречается реже, чем эхинококкоз, но характеризуется злокачественным течением в связи с постоянным ростом финны. Величина узлов альвеококка достигает в диаметре 15см, характерно метастазирование в близкие и отдаленные органы. Диагноз обычно ставится на поздних стадиях, когда оперативное вмешательство затруднительно или невозможно (оперируют лишь 10-15% больных).

Лабораторная диагностика.

Та же, что и при эхинококкозе.

Профилактика

Личная общественная – та же, что и при эхинококкозе.

ТЕМА Круглые черви – возбудители болезней человека. Методы овогельминтоскопии.

1. Характерные черты организации и особенности жизненного цикла предс­тавителей класса Собственно круглые черви.

Тип Круглые черви – Nemathelminthes (Немательминтес)

Класс собственно круглые черви – Nematoda (Нематода)

Включает огромное количество видов, как свободноживущих, так и паразитических. Отличается широким ареалом распространения. Насчитывает большое количество паразитических форм, в том числе паразитов человека.

Морфофизиологическая характеристика.

Наиболее характерным внешним признаком служит несегментированное, цилиндрическое или веретенообразное тело, имеющее на поперечном срезе круглую форму. Кожно-мускульный мешок состоит из кутикулы, гиподермы и мышечного слоя. Кутикула имеет сложное многослойное строение и выполняет важную функцию. Она служит наружным скелетом, к которому прикрепляются мышцы, защищает от механических повреждений и химических воздействий. Под гиподермой лежит всего один слой продольных мышц, разделенных на брюшные и спинные ленты. Движения возможны только в спинно-брюшной плоскости, благодаря тому, что брюшные и спинные мышечные ленты действуют как антагонисты.

Полость тела первичная, т.к. она не имеет специальной выстилки, и заполняющая полость жидкость непосредственно омывает органы и стенки тела. Полостная жидкость находится под большим давлением, что создает опору для мышечного мешка (гидроскелет).

Дыхательная и кровеносная системы отсутствуют.

Пищеварительная система представлена прямой трубкой, начинающейся ртом и заканчивающейся анальным отверстием. Ротовое отверстие расположено терминально на переднем конце и окружено кутикулярными губами. В отличие от плоских червей, у нематод появляется третий, задний, отдел кишечника, заканчивающийся анальным отверстием. Появление заднего отдела и анального отверстия обеспечивает движение пищи в одном направлении, лучшее ее усвоение. Анус находится на брюшной стороне, вблизи заднего конца тела. Участок позади ануса называется хвостом.

Выделительная система своеобразна и состоит из одной или двух гигантских клеток (кожных желез). От клеток отходят каналы, которые объединяются в общий проток, открывающийся наружу порой.

Нервная система представлена окологлоточным нервным кольцом, от которого отходят продольные нервные стволы. Органы чувств даже у свободно живущих развиты слабо. Имеются органы осязания и химического чувства.

Половая система имеет трубчатое строение. Нематоды, как правило, раздельнополые. У большинства самцов имеется только одна трубка, подразделяющаяся на отделы: семенник, семяпровод, семяизвергательный канал, открывающийся в задний отдел кишечника.

У самок половая система обычно состоит из двух трубок. Каждая трубка подразделена на яичник, яйцевод и матку. Две матки соединяются и образуют непарное влагалище, которое открывается наружу на переднем конце тела. У нематод хорошо выражен половой диморфизм – самцы и самки отличаются по внешним признакам. Самцы имеют меньшие размеры, задний конец тела у некоторых из них закручен на брюшную сторону.

Жизненный цикл. Как правило, отсутствует смена личиночных форм. Развитие у большинства видов нематод прямое, происходит без смены хозяев. Взрослые особи ведут паразитический образ жизни. Яйца и личинки развиваются во внешней среде без промежуточного хозяина. Эта группа относится к геогельминтам. У других видов – биогельминтов – личинки нуждаются в промежуточном хозяине. Для личинок многих нематод характерна способность к миграции, т.е. передвижению по определенным органам хозяина.

2. Аскарида человеческая.

Тип Круглые черви. Класс собственно круглые черви.

Аскарида человеческая – Ascaris Lumbricoides (Аскарис люмбрикоидес)

Заболевание – аскаридоз.

Аскарида распространена повсеместно (кроме Арктики, пустынь и полупустынь)

Локализация в организме хозяина – тонкий кишечник.

Морфофизиологическая характеристика.

Крупный червь, беловато-розового цвета. Самка достигает 20-40см в длину, самец – 15-20см. Тело веретеновидное. Ротовое отверстие окружено тремя кутикулярными губами. Кишечник в виде прямой трубки. У оплодотворенной самки имеется перетяжка (конец передней трети тела).

Жизненный цикл.

Паразитирует только у человека. Геогельминт. Оплодотворенная самка откладывает яйца в тонком кишечнике (до 240.000 в сутки). Для дальнейшего развития яйца обязательно должны попасть во внешнюю среду, в кишечнике развития не происходит из-за отсутствия кислорода. В почве при оптимальной влажности и температуре 20-25°С в яйце через 21-24 суток развивается подвижная личинка. При более низкой или высокой температуре сроки развития меняются. В отличие от взрослых форм личинка является аэробом и нуждается в кислороде. Из почвы яйца с содержащимися внутри подвижными личинками могут попадать с овощами, фруктами или водой в кишечный тракт человека. Проглоченное яйцо проходит в кишечник, где оболочка яйца растворяется и из него выходит личинка. Она попадает в кровеносные сосуды кишечника и мигрирует по организму. Вместе с током крови личинка попадает в печень, затем в правое сердце, легочную артерию и капилляры легочных альвеол. С этого момента личинка переходит к активному передвижению. Она пробуравливает стенку капилляров, проникает в полость альвеол, в бронхиолы, бронхи, трахею и, наконец, в глотку. Отсюда личинки вторично заглатываются вместе со слюной и снова попадают в кишечник, где превращаются в половозрелые формы. Миграция продолжается около двух недель.

Патогенное действие.

Личиночная и половозрелая формы обладают неодинаковым патогенным действием. Личиночные стадии вызывают аллергические реакции организма продуктами своего метаболизма. В легочной ткани при большом скоплении личинок наблюдаются множественные очаги кровоизлияний и воспаления (аскаридозная пневмония). При интенсивной инвазии процесс может захватывать целые доли легких. Экспериментально установлено, что заражение животных большой дозой яиц приводит к смерти от пневмонии на 6-10 сутки. Кроме того, мигрирующие личинки аскарид при проникновении в альвеолы нарушают целостность последних, открывая тем самым «ворота» бактериям и вирусам.

Действие на организм половозрелых форм разнообразно.

• интоксикация организма продуктами метаболизма гельминтов,

• закупорка просвета кишечника клубком аскарид или закупорка желчных протоков одной особью

• локализация аскарид в лобных пазухах, гортани и других нетипичных местах (даже в сердце).

Лабораторная диагностика. Обнаружение яиц в фекалиях. Яйца крупные, овальные с бугристой оболочкой бурого цвета.

Профилактика

Личная:

• мытьё рук после земляных работ в саду и огороде

• ошпаривание овощей и фруктов

• борьба с мухами – механическим переносчиком яиц аскарид

Общественная:

• массовая дегельминтизация населения;

• охрана среды от загрязнения фекалиями человека (устройство канализации, водопровода).

• компостирование фекалий, в компостных кучах яйца погибают через 1-2 мес.

• санитарно-просветительная работа;

3. Власоглав.

Власоглав – Trichocephalus trichiurus (Трихоцефалюс трихиурус)

Заболевание – трихоцефалез.

Распространён повсеместно. Паразитирует в слепой кишке, аппендиксе, восходящей ободочной кишке.

Морфофизиологическая характеристика.

Длина тела самки до 5,5см, самца – до 4-5 см. Головной конец резко сужен, имеет вид волоса, задний – утолщен. В переднем отделе размещается только пищевод, все остальные органы находятся в задней части. Паразитируя в кишечнике, власоглав внедряется передним концом в слизистую оболочку стенки кишечника, и питается кровью и тканевой жидкостью из глубоких слоев слизистой оболочки.

Жизненный цикл. Довольно простой. Оплодотворенная самка откладывает яйца в просвет кишечника, откуда они вместе с фекалиями выбрасываются наружу. Во внешней среде в яйце развивается личинка. При оптимальных условиях (температура 26-28°С) яйцо становится инвазионным через 4 недели.

Попадая к человеку через загрязненные руки, овощи, фрукты, сырую воду, яйца проходят в кишечник, достигают слепой кишки и без миграции превращаются в половозрелые формы. У человека власоглавы живут до 5 лет.

Патогенное действие.

Симптоматика во многом зависит от степени зараженности. Присутствие единичных экземпляров может не вызывать никаких проявлений. При массивном заражении наблюдаются нарушения со стороны пищеварительного тракта (боли, потеря аппетита, поносы, запоры, местные воспалительные явления) и нервной системы (головные боли, головокружение, судороги, эпилептиформные припадки у детей) за счет интоксикации хозяина продуктами метаболизма паразита.

Травматизация стенки кишечника способствует присоединению вторичной инфекции. При попадании паразита в аппендикс может развиться аппендицит.

Лабораторная диагностика.

Обнаружение яиц в фекалиях. Яйца светлые овальные, прозрачные, лимонообразной формы с двумя характерными пробочками на полюсах, длиной до 50мм.

Профилактика:

Личная и общественная такая же, как при аскаридозе.

4. Острица.

Тип Круглые черви. Класс собственно круглые черви.

Острица – Enterobius vermicularis (Энтеробиус вермикулярис)

Заболевание – энтеробиоз.

Распространена острица повсеместно.

Паразитирует в нижнем отделе тонкой и начальном отделе толстой кишки.

Морфофизиологическая характеристика.

Небольшой червь белого цвета с выраженным половым диморфизмом. Длина самки 10-12 мм, самца – 2-5 мм. Задний конец самца закручен на брюшную сторону, у самки – шиловидно заострен. На переднем конце тела находится вздутие кутикулы – везикула, окружающее ротовое отверстие и участвующее в фиксации гельминта к стенкам кишечника. В задней части пищевода находится шаровидное вздутие – бульбус, сокращение которого обеспечивает фиксацию острицы на стенке кишки.

Жизненный цикл.

Оплодотворение происходит в кишечнике. Сразу после оплодотворения самцы погибают. Матка самки, набитая яйцами, увеличивается настолько, что занимает почти все тело червя. Она сдавливает бульбус пищевода, что нарушает механизм фиксации. Такие самки под влиянием перистальтики спускаются в прямую кишку. Ночью они активно выползают из ануса на кожу промежности и здесь откладывают яйца (до 13.000), приклеивая их к коже. Вскоре после этого самки погибают.

Для дальнейшего развития отложенных яиц необходим особый микроклимат – температура 34-36°С и высокая влажность (70-90%). Такие условия создаются в перианальных складках кожи и промежности человека. Самка, откладывая яйца, вызывает зуд, поэтому больные расчесывают зудящие места. Яйца попадают под ногти, где также находят оптимальные условия для развития, а затем на белье и игрушки. Через загрязненные руки яйца легко попадают в рот. Таким образом, больной постоянно заражает себя снова, т.е. происходит аутореинвазия, что затрудняет излечение.

Яйца становятся инвазионными уже через 4-6 часов. При попадании в кишечник человека яйца превращаются в половозрелые формы без миграции. Взрослые особи живут в кишечнике 30 суток, но вылечить энтеробиоз бывает трудно, поскольку часто происходит повторное самозаражение.

Патогенное действие.

Зуд, потеря аппетита, понос, нарушение сна, нервное истощение. У девочек и женщин возможны воспалительные процессы в половых органах при заползании остриц во влагалище.

Лабораторная диагностика.

Исследование фекалий неприменимо, так как яйца откладываются на коже. Поэтому ватной палочкой, смоченной глицерином, делают соскоб с перианальных складок кожи, и микроскопируют его. Можно обнаружить яйца под ногтями или в носовой слизи.

Яйца бесцветные ассиметричные (одна сторона уплощена, а другая – выпуклая).

Профилактика

Личная:

• коротко остригать ребёнку ногти;

• отучать детей грызть ногти и сосать пальцы;

• больного ребенка следует укладывать спать в трусиках, утром их кипятить и гладить мокрыми;

• больной ребёнок должен обязательно мыть руки после ночного сна;

Общественная:

• регулярные обследования детей в детских учреждениях;

• лечение больных детей;

• регулярные обследования работников детских учреждений и предприятий общественного питания.

5. Трихинелла.

Тип Круглые черви. Класс собственно круглые черви.

Трихинелла – Trichinella spiralis (Трихинелла спиралис)

Заболевание – трихинеллез.

Распространение – повсеместно.

Половозрелые формы обитают в тонком кишечнике, личиночные – в определенных группах мышц.

Морфофизиологическая характеристика.

Имеет микроскопические размеры: самки 3-4 х 0,6мм, самцы – 1,5-2 х 0,04мм. Характерные черты: самки имеют непарную половую трубку и способны к живорождению.

Жизненный цикл.

Биогельминты. Паразитируют у человека, домашних (свиньи, собаки, иногда кошки,) и диких животных (дикая свинья, крысы, мыши, медведи, лисы, и др.).

Половозрелые особи живут в тонком кишечнике всего около четырех недель. Самцы после оплодотворения сразу погибают. Оплодотворенная самка внедряется передним концом в стенку кишечника и отрождает живых личинок (до 2.000). Личинки проникают в стенку кишечника и с током крови и лимфы разносятся по телу, где оседают в поперечно-полосатых мышцах. Наиболее часто поражаются диафрагма, межреберные, жевательные, дельтовидные мышцы. Здесь личинки свертываются в виде спирали. Через 2-2,5 месяца за счет окружающей ткани вокруг личинки образуется капсула, имеющая форму лимона. Примерно через год стенка капсулы обызвествляется. Внутри капсулы личинка сохраняет жизнеспособность до 20-25 лет. Личинки, не попавшие в указанные группы мышц, быстро погибают.

Для превращения личинок в половозрелую форму они должны попасть в кишечник другого хозяина. Это происходит в том случае, если мясо животного, зараженного трихинеллезом, будет съедено животным того же или другого вида. Например, мясо трихинеллезной крысы может быть съедено другой крысой или свиньей. В кишечнике второго хозяина капсулы растворяются, личинки освобождаются и в течение 2-3 дней превращаются в половозрелые формы. После оплодотворения самки отрождают новое поколение личинок. Таким образом, каждый организм, зараженный трихинеллами, сначала становится окончательным хозяином – в нем образуются половозрелые особи, а затем промежуточным – для личинок, отрожденных оплодотворенными самками.

Немалую роль в распространении трихинеллеза играют насекомые, питающиеся трупами.

Человек может заражаться и при употреблении в пищу мяса диких животных (кабан, медведь). В распространении трихинеллеза человек не играет существенной роли и служит биологическим тупиком, поскольку после его смерти паразиты также погибают, не передаваясь другим организмам.

Патогенное действие.

Симптомы заболевания появляются через несколько дней после заражения. Отрожденные личинки вызывают общеаллергические явления, т.к. продукты их метаболизма токсичны. Характерен отек лица, особенно век, резкий подъем температуры до 40°С, желудочно-кишечные расстройства. Позднее появляются боли в мышцах, судорожное сжатие жевательных мышц. При интенсивном заражении возможен смертельный исход. В легких случаях через 3-4 недели наступает выздоровление.

Тяжесть заболевания зависит от количества личинок, попавших в организм. Смертельная доза для человека 5 личинок на 1кг массы тела заболевшего. Количество мяса, содержащего такую дозу, может быть ничтожным (10-15г).

Лабораторная диагностика.

Обнаружение личинок в мышцах путём биопсии является надёжным, но болезненным методом. Поэтому чаще используют иммунологический метод (постановка кожно-аллергической пробы).

Профилактика.

Личная

• неупотребление мяса, не прошедшего ветеринарный контроль.

Общественная:

• организация на бойнях и рынках санитарно-ветеринарного контроля,

• в случае обнаружения трихинелл мясо подлежит обязательному уничтожению, т. к. термическая обработка мяса не эффективна (капсулы обеспечивают выживание личинок);

• борьба с крысами в местах содержания свиней.

6. Кривоголовка двенадцатиперстной кишки – Ankylostoma duodenale

(Анкилостома дуоденале). Некатор – Necator americanus (Некатор американус).

Анкилостома и некатор очень похожи друг на друга и отличаются формами ротовой капсулы и особенностями географического распространения. Другое отличие их заключается в разной продолжительности жизни. Половозрелая кри­воголовка живет не более 6 мес., а некатор – до 5 лет. Кривоголовка имеет в ротовой полости четыре хитиновых зуба, а некатор – две ши­рокие режущие пластинки полулунной формы. Оба паразита широко расселены по всему тропическому и субтропическому поясу, однако не­катор чаще встречается в зонах с более жарким климатом. В остальном оба вида сходны настолько, что даже заболевания, вызываемые ими, не дифференцируются и называются анкилостомидозами. Размеры анкилостомид около 10мм., головной конец загнут на брюшную сторону. Самки откладывают до 30.000 яиц в сутки и до 55 млн. на протяжении жизни; яйца овальные, прозрачные, длиной до 60 мкм.

Яйца, по­падающие в почву, быстро развиваются, и из них вскоре выходят ли­чинки, которые, дважды линяя, через несколько месяцев становятся инвазионными и могут попадать в организм человека либо с загрязнен­ными почвой овощами и фруктами, либо за счет активного внедрения через кожу.

Попав в кровь, личинки проделывают по сосудам путь, характерный для всех видов гельминтов этой группы. Окончательная локализация – двенадцати­перстная кишка. Здесь они прикрепляются к ворсинкам ротовыми капсулами и питаются кровью и клетками слизистой обо­лочки. Оба паразита выделяют в ранки антикоагулянтные вещества и могут вызвать кишечные кровотечения и аллергию у больных.

В случаях, если в организм человека одновременно проникает мно­го личинок, только часть из них попадает в пищеварительную систему и достигает половозрелости, а другая часть задерживается в тканях. По мере гибели половозрелых форм в кишечнике покоящиеся личинки за­мещают их. При этом заболевание может затягиваться на многие годы.

Лабораторная диагностика – обнаружение яиц в фекалиях. Яйца овальные, покрытые тонкой бесцветной оболочкой.

Профилактика – кроме общих мер, описанных выше, обязатель­ное ношение обуви в районах, где распространены эти заболевания.

Анкилостомидозами в настоящее время во всем мире болеют от 700 до 900 млн. человек.

7. Ришта – Dracunculus medinensis (Дракункулюс мединензис) – возбудитель дракункулёза. Заболевание распространено в зонах с тропическим и субтропиче­ским климатом.

Длина самки до 120см, самца – только 2см. Жизненный цикл ришты связан с водной средой. Окончательные хозяева ришты – человек, обезьяны, домашние и дикие млекопитаю­щие. Промежуточный хозяин – циклоп.

Половозрелые самки наиболее часто локализуются под кожей ног в области суставов. После оплодотворения в матке развиваются личинки (до 3млн). Когда они созреют, самка головным концом подходит к поверхности кожи, где формируется пузырь диаметром 2-7см, заполненный жидкостью. Человек при этом ощущает сильный зуд, проходящий при соприкосновении с водой. Опу­скание ног в воду сопровождается разрывом пузыря и выходом личинок в воду. Личинки проглатываются циклопами, в их организме они через несколько дней достигают инвазионности. При проглатывании с водой таких рачков личинки попадают в кишечник, а затем мигрируют под кожу. Через 10-14 месяцев после заражения личинки достигают половой зрелости.

Весь жизненный цикл ришты длится 1 год. Интересно, что развитие паразитов у инвазированных людей происходит синхронно, т.е. самки рождают личинок одновременно почти у всех носителей паразита. Поэтому в очагах распространения дракункулеза выявляется большое число пораженных этим паразитом людей в течение короткого времени. Это облегчает вра­чу постановку диагноза, лечение и проведение профилактических меро­приятий.

Кроме общих аллергических реакций обязательно проявляется и местное воздействие паразита: локальные воспалительные реакции и нарушение функций суставов, прилежащих к зоне поражения.

Диагностика при типичной локализации проста: паразит виден под кожей. Атипичное расположение гельминта (стенка пищевода, стенка желудка, мозг) требует применения иммунологических реакций.

Личная профилактика также проста – кипячение или фильтрация питьевой воды, взятой из открытых водоемов.

Общественная про­филактика – современное водоснабжение обеззараженной водой; выявление и лечение больных гарантирует успех в борьбе с этим забо­леванием.

8. Филярии, или нитчатки – круглые черви-паразиты, вызывающие заболевания филяриатозы.

Паразиты имеют длинное нитевидное тело. Самки достигают 10 см длиной, а самцы до 4 см и всего 0,1-0,5 мм в диаметре. По внешнему виду филярии напоминают длинные белые нитки. Взрослые паразиты и личинки питаются растворенными в лимфе белками и жирами. Продолжительность жизни филярии в организме человека 8-17 лет, за этот период самка может произвести до миллиона личинок.

Окончательным хозяином и источником заражения является человек (редко обезьяны, кошки и собаки). Взрослые половозрелые паразиты живут в лимфатических сосудах, лимфоузлах, подкожной клетчатке, брюшной полости в веке и под склерой в глазном яблоке. Чаще всего поражаются лимфатические сосуды нижних конечностей, мошонки, пениса, у женщин – молочные железы.

После спаривания самки рожают живых личинок, которых называют микрофилярии. Личинки в огромном количестве циркулируют в крови больного человека и концентрируются в подкожных капиллярах.

Промежуточным хозяином и переносчиками являются насекомые (комар, слепень, мошка). При укусе насекомого микрофилярии попадают в его кишечник, а оттуда в мышцы. Там за одну или несколько недель достигают инвазионности. Когда зараженный комар кусает человека, микрофилярии попадают на кожу, с неё проникают в кровь, а потом в различные органы. Здесь они превращаются во взрослых особей. Патогенное действие

На первых этапах болезни нарушается отток лимфы, возникают отеки, бородавки и язвы. Но самое неприятное происходит, когда заболевание переходит в хроническую стадию: развивается «слоновость». Пораженная конечность или половые органы увеличиваются в объеме в десятки раз, происходит патологическое разрастание кости и соединительной ткани. Профилактика филяриатозов –

• выявление и ле­чение больных,

• борьба с переносчиками.

Филяриатозы широко распространены во всех тропических странах. В настоящее время разными формами филяриатоза заражено около 150 млн. человек.

7. Методы овогельминтоскопии.

Основным методом лабораторной диагностики большинства гельминтозов является обнаружение яиц, выделяемых паразитом, в испражнениях, моче, мокроте и других выделениях больного.

Основная часть паразитических червей обитает в кишечнике человека, поэтому чаще всего врачу приходится проводить микроскопическое исследование фекалий.

Методы овогельминтоскопии.

1. Метод нативного мазка. С помощью деревянной палочки помещают кусочек фекалий из пробы на предметное стекло, добавляют изотонический раствор хлорида натрия или воду или 50% раствор глицерина, тщательно растирают. Затем делают два мазка, накрывают покровным стеклом и микроскопируют.

Метод несложный, благодаря чему может применяться при обследовании больших контингентов и при массивных инвазиях. Однако этот метод недостаточно эффективен при слабом заражении, поскольку исследуется лишь небольшая часть материала пробы.

Более точными являются методы, основанные на концентрации всех яиц, содержащихся в пробе, в небольшом объеме.

2. Метод Фюллеборна (всплывания). Концентрация достигается за счет всплывания яиц в среде с большей относительной плотностью, чем относительная плотность яиц. В высокий стаканчик помещают небольшой объем фекалий (около 4,5г) и добавляют двадцатикратный объем насыщенного раствора хлорида натрия, тщательно перемешивают и оставляют раствор стоять на 45 мин – 1,5 ч. За это время яйца всплывают и находятся в поверхностной пленке. С помощью проволочной петли пленку снимают и стряхивают на предметное стекло, покрывают покровным стеклом и микроскопируют.

Метод эффективен для обнаружения яиц мелких цестод и различных нематод, кроме яиц аскариды (они тяжелые и оседают на дно).

3. Метод осаждения яиц в среде с меньшей относительной плотностью, что приводит также к концентрации яиц в небольшом объеме и повышает вероятность их выявления.

ТЕМА Представители класса Паукообразные, имеющие медицинское значение.

1. Характерные черты организации и медицинское значение представителей типа Членистоногих.

Тип Членистоногие – Arthropoda (Артропода)

Тип Членистоногие имеет большое значение с точки зрения медицины, так как многие представители этого типа являются возбудителями заболеваний, переносчиками, промежуточными хозяевами и природным резервуаром болезней человека.

Морфофизиологическая характеристика.

Наиболее высокоорганизованные беспозвоночные, составляющие самый многочисленный тип животных

Тело сегментировано. Сегментация гетерономная, т.е. сегменты разных участков тела имеют неодинаковое строение. Сегменты группируются в отделы тела (голова, грудь, брюшко), которые у некоторых членистоногих сливаются между собой (головогрудь). Иногда тело вообще не расчленено.

Впервые в процессе эволюции у членистоногих появляются конечности. Они состоят из члеников и соединены с телом подвижно, что обеспечивает возможность сложных движений. На голове расположены органы чувств и ротовой аппарат – видоизмененные конечности. Функции конечностей многообразны, они служат не только органами передвижения в разных средах, но и органами чувств, ротовым аппаратом, органами защиты и нападения.

Тело покрыто хитинизированной кутикулой. Хитин образует наружный скелет и служит для защиты от высыхания и механических повреждений.

Прогрессивные изменения происходят в мышечной системе: гладкая мускулатура заменяется поперечнополосатой. Такие мышцы характеризуются большей быстротой и силой сокращения. Сплошные слои кожно-мускульного мешка разбиваются на отдельные пучки-мышцы, что обеспечивает разнообразие движений. Количество мышц очень велико, у бабочек, например, достигает 1600.

Полость тела – смешанная или миксоцель.

Пищеварительная система состоит из трех отделов – переднего, среднего и заднего. Ротовой аппарат представлен тремя парами измененных конечностей.

Кровеносная система незамкнутая, т. е. заполняющая ее гемолимфа часть пути находится вне сосудов, изливаясь в полость тела. Гемолимфа представляет собой жидкость, частично соответствующую настоящей крови, и частично полостной жидкости. Впервые в процессе эволюции появляется сердце в виде мускульного мешка, расположенного на спинной стороне и имеющего парные отверстия, снабженные клапанами. Благодаря появлению сердца убыстряется ток крови, и органы получают большее количество пищевых веществ и кислорода, а продукты диссимиляции удаляются быстрее.

Органы дыхания разнообразны: у водных – жабры, у наземных – листовидные легкие или трахеи. Появление специальных органов резко увеличивает дыхательную поверхность.

Выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами – многочисленными слепыми выростами кишечника на границе средней и задней кишки, обращенными в полость тела. Продукты диссимиляции поступают из полости тела (гемолимфы) в просвет мальпигиевых сосудов, затем в кишку и через анальное отверстие выделяются наружу.

Нервная система состоит из головного мозга и брюшной нервной цепочки. Нервные реакции отличаются сложностью, особенно у «общественных» насекомых – пчел, муравьев, термитов. Органы чувств прогрессивно развиваются. Имеются органы осязания, обоняния, простые и сложные глаза. У некоторых высших членистоногих зрение цветное.

Большинство членистоногих раздельнополые организмы.

2. Характерные черты организации и медицинское значение представителей класса Паукообразных.

Тип Членистоногие – Arthropoda.

Подтип Хелицеровые – Chelicerata (Хелицерата)).

Класс Паукообразные – Arachnida (Арахнида)

Морфофизиологическая характеристика.

Тело разделено на головогрудь и брюшко. Имеется шесть пар конечностей: две пары (хелицеры и педипальпы) составляют ротовой аппарат, остальные четыре пары – ходильные конечности.

Органы пищеварения имеют у разных видов различное строение. Обычно глотка имеет мощную мускулатуру, обеспечивающую насасывание полужидкой пищи, твердую пищу паукообразные не употребляют. В переднюю кишку открывается пара слюнных желез. Характерно наличие печени в виде боковых выростов средней кишки.

Выделительная система представлена видоизмененными метанефридиями и мальпигиевыми сосудами.

Органы дыхания представлены или легочными мешками, или трахеями, или теми и другими одновременно. Лёгочные мешки открываются на брюшке двумя щелями, а трахеи – одним дыхальцем, расположенным впереди бородавок. В лёгочных мешках находятся многочисленные листовидные складки. Складки густо пронизаны кровеносными капиллярами, здесь и происходит газообмен.

Трахеи представляют систему разветвлённых трубочек, они доставляют кислород непосредственно к органам. Таким образом, при трахейном дыхании кислород доставляется к тканям, минуя кровеносную систему. Это принципиально отличает трахейное дыхание от лёгочного и жаберного дыхания.

Кровеносная система незамкнутая, т. е. заполняющая ее гемолимфа часть пути находится вне сосудов, изливаясь в полость тела. Сердце в виде мускульного мешка, расположено на спинной стороне и имеет парные отверстия, снабженные клапанами. Кровь у паукообразных, как правило, бесцветна.

Нервная система характеризуется слиянием всех ганглиев нервной цепочки и головного мозга в общую массу. Органы чувств: зрение, обоняние, равновесие, осязание (оно имеет наибольшее значение для пауков). Паук имеет 4 пары простых глаз, смотрящих вперед и назад, т.к. голова его неподвижна. Слабое зрение и отсутствие усиков пауки восполняют многочисленными чувствительными волосками, расположенными по всему телу. Их назначение различно (осязание, вкус).

Характерной особенностью этого класса является наличие у многих видов кожных желез – ядовитых и паутинных.

Медицинское значение. Из отрядов класса Пакообразных медицинское значение имеют клещи, скорпионы и пауки. Представители двух последних отрядов являются ядовитыми животными.

3. Клещи. Морфологическая характеристика, особенности развития, меди­цинское значение.

Тип Членистоногие. Подтип Хелицеровые. Класс Паукообразные.

Отряд Клещи – Acari (Акари)

Медицинское значение клещей разнообразно. Они служат природным резервуаром, переносчиками возбудителей заболеваний человека, эктопаразитами и иногда возбудителями заболеваний (чесоточный зудень).

Морфофизиологическая характеристика.

Клещи имеют мелкие, некоторые даже микроскопические размеры (от 0,1 до 10мм). Тело у большинства видов не расчленено и не сегментировано. Хитин кожистый, легко растяжимый, но отдельные участки его уплотнены (щитки).

Все клещи имеют шесть пар конечностей. Две пары (хелицеры и педипальпы) преобразованы в колюще-сосущий или грызуще-сосущий ротовой аппарат. Дыхание осуществляется с помощью трахей. Имеется одна пара стигм, расположенных или у основания хелицер, или у основания ног. Пищеварительная система кровососущих форм сильно разветвлена, особенно у самок.

Нервная система характеризуется слиянием всех ганглиев нервной цепочки и головного мозга в общую массу. Органы чувств представлены в основном органами осязания и обоняния. Глаза могут отсутствовать.

Клещи раздельнополы. Половое отверстие располагается между основаниями задних пары ног. Самки откладывают большое количество яиц.

Жизненный цикл.

Развитие в отличие от других паукообразных происходит с метаморфозом, включая яйцо, личинку, нимфу и имаго (половозрелая форма). Личинка имеет три пары ног и дышит через поверхность тела. После линьки она превращается в нимфу. Нимфа имеет четыре пары ног, дышит с помощью трахей (появляются стигмы), но не имеет полового отверстия (половая система не развита). Нимфальных стадий может быть несколько. Нимфа после линьки превращается в имаго, отличающуюся более крупными размерами и развитой половой системой. Некоторые виды имеют несколько стадий нимф. Большинство клещей, имеющих медицинское значение, являются кровососущими. Животными – прокормителями клещей служат млекопитающие, птицы и рептилии.

Различают одно-, дву- и треххозяйных клещей. У однохозяйных все стадии развития проходят на одном и том же хозяине. При двухозяйном типе развития личинка и нимфа кормятся на одном хозяине, а имагинальная форма – на другом. У треххозяйных клещей (таежный клещ) каждая стадия ищет себе нового хозяина. В последнем случае развитие может растягиваться на длительный срок, например, у таежного клеща до 5 лет.

Вместе с кровью хозяина в организм клеща проникают возбудители различных заболеваний, которые при переходе на другого прокормителя могут передаваться ему, что способствует циркуляции возбудителей заболеваний. Срок жизни клещей довольно продолжителен – от 6 месяцев до 20-25 лет.

Слюна клещей обладает местным раздражающим и общетоксическим действием. Массовые нападения клещей могут быть причиной не только поражений кожи, но и тяжелых лихорадочных состояний и нервных расстройств. Особенную опасность представляет способность клещей быть переносчиками возбудителей заболеваний.

Наибольшее значение с точки зрения медицины имеют клещи семейства иксодовых и аргазовых, а также чесоточный клещ семейства акариформных.

4. Иксодовые клещи.

Семейство Иксодовых клещей – Ixodidae (Иксодидэ).

Имеют крупные размеры 4-5 мм. Насосавшиеся крови самки достигают 10мм и более. У самца на спине находится щиток, закрывающий всю спинную поверхность. У самок, нимф и личинок щиток занимает только переднюю часть тела, на остальной поверхности хитин тонкий, легко растяжимый. Это имеет важное значение, так как самка при питании поглощает большое количество крови, в 200-400 раз превышающее ее массу в голодном состоянии. Хелицеры и педипальпы преобразованы в колюще-сосущий или грызуще-сосущий ротовой аппарат. Когда клещ прокалывает кожу жертвы, он разводит в стороны хелицеры. Этим достигается надежное прикрепление клеща к хозяину, позволяющее ему питаться на протяжении от нескольких часов до 15-20 дней. После насыщения клещ сводит хелицеры и освобождает ротовой аппарат.

Средняя кишка имеет многочисленные выросты, заполняющиеся кровью при питании. Здесь кровь может сохраняться до нескольких лет.

После питания самки откладывают от 1.500 до 2.500 яиц в лесную подстилку, трещины почвы, в норы грызунов. В процессе развития образуется личинка, одно поколение нимф и имагинальная форма. Смена стадий происходит только после кровососания. Среди иксодовых есть одно-, двух- и треххозяйные клещи. Личиночные стадии обычно питаются на мелких позвоночных (грызуны, насекомоядные), взрослые формы – на крупных животных (рогатый скот, олени) и человеке. Напившись крови, самки откладывают яйца, после чего погибают. Иксодовые клещи – переносчики и природный резервуар многих тяжелых болезней человека (вирусный энцефалит, туляремия, бруцеллез, сибирская язва). Многие иксодовые клещи пассивно подстерегают своих хозяев, однако они располагаются таких местах, где встреча с прокормителем наиболее вероятна: обычно они располагаются на высоте до 1м на концах веточек и листьев кустарников вблизи троп, по которым передвигаются животные.

Из домашних животных таежным энцефалитом чаще всего заражаются козы. Сами козы болеют энцефалитом в легкой форме, но вирус энцефалита выделяется ими с молоком. Употребляя такое молоко, способен заражаться и человек.

Таежный клещ – Ixodes persulcatus (Иксодес персулкатус) – переносчик и природный резервуар вируса таёжного (весеннее -летнего) энцефалита. Вирусы размножаются в организме клеща и накапливаются в слюнных железах и яичниках. При кровососании происходит передача вирусов хозяину-прокормителю, а при откладке яиц – трансовариальная передача следующему поколению клещей. Живет до 3 лет. Этот вид клещей особенно опасен, так как они наиболее часто нападают на человека.

Размеры самца – 2,5мм в длину, самки – до 4мм. Окраска коричневая. Треххозяйный клещ. Каждая стадия метаморфоза питается кровью на прокормителях разных видов. Личинка кормится на грызунах, ежах, птицах, уходит в почву и там линяет. Нимфы кормятся на бурундуках, белках, зайцах. Она также уходит в почву и там линяет. Прокормителями взрослых форм служат крупный рогатый скот, лоси, олени.

Собачий клещ – Ixodes ricinus (Иксодес рицинус) – переносчик возбудителей туляремии, шотландского энцефалита, энцефалита западных районов (схожего с таежным энцефалитом). Распространен в Европейской части России, обитает в кустарниках, лиственных и хвойных лесах. По размерам, строению и циклу развития сходен с таежным клещом, и отличается лишь некоторыми деталями строения и более длительным циклом развития – до 7 лет.

Дермаценторы

Dermacentor pictus (Дермацентор пиктус) – резервуар и переносчик возбудителя таежного энцефалита. Распространен в лесной зоне России. У самок обнаружена трансовариальная передача возбудителя.

Dermacentor marginatus (Дермацентор маргинатус) – переносит возбудителей туляремии, риккетсиозов, а также возбудителя клещевого бруцеллеза от мелкого и крупного рогатого скота. Обитает в степной зоне.

Основное направление профилактики – предохранение от укусов (специальная одежда, репеленты).

5. Аргазовые клещи.

Семейство Аргазовых клещей – Argasidae (Аргазидэ).

Размеры крупные, цвет серый. В отличие от иксодовых не имеют щитков, покровы тела сильно растяжимы. Боковые края в средней части тела почти параллельны друг другу, характерно наличие краевого ранта. Ротовой аппарат расположен вентрально и не виден со спинной стороны. Продолжительность жизни 25 лет. В течение жизни питаются многократно и каждый раз на новом хозяине. В соответствии с этим самки, в отличие от иксодовых клещей, могут откладывать яйца несколько раз в течение жизни. Цикл развития включает несколько стадий нимф (от 2 до 7). Аргазовые клещи Распространены в странах с теплым и тропическим климатом, в полупустынях и в пустынях. Обитают в естественных (пещерах) или искусственных (жилища) убежищах, причем каждый вид связан с убежищем определенного типа (нора грызуна, пещера с летучими мышами и т. д.). Аргазиды неохотно покидают убежище и не отыскивают активно прокормителя. В соответствии с этим у них выработалась способность к длительному голоданию до 10 и более лет.

Поселковый клещ Ornithodorus papillipes (Орнитодорус папиллипес) – переносчик и резервуар возбудителя возвратного клещевого тифа. Распространен в Средней Азии. Резервуарами возбудителей заболевания – спирохет могут быть различные млекопитающие, служащие прокормителями клещей (шакалы, дикобразы, крысы, песчанки, землеройки). Обитает в жилищах человека, в том числе в покинутых развалинах, постройках для скота, а также в естественных пещерах, в которые заходит скот, в норах грызунов и др. Клещи нападают ночью. Способны к длительному голоданию – более 10 лет, сохраняя способность к передаче заболевания. Самки способны к трансовариальной передаче возбудителя. Одновременно поселковый клещ является эктопаразитом.

6.Чесоточный клещ.

Семейство акариформных – Acariformes (Акариформес).

Чесоточный клещ – Sarcoptes scabiei (Саркоптес скабиеи)

Специфический паразит человека, возбудитель заболевания чесотки.

Тело широкоовальное, размеры 0,3-0,4 х 0,2-0,3 мм. На поверхности тела много коротких шипиков и длинных щетинок, а на конечностях имеются присоски. Ноги сильно укорочены, что связано с внутрикожным образом жизни. Глаз нет. Дыхание происходит через поверхность тела. Продолжительность жизни 4-5 недель (15 суток от яйца до имаго). Самка прогрызает узкие ходы в толще рогового слоя кожи длинной до нескольких сантиметров, которые сообщаются с поверхностью кожи. Через них в каналы проникают самцы, живущие на поверхности, и оплодотворяют самок. Передвигаясь по ходу канала, самки откладывают яйца (до 50 шт. в течение жизни). Цикл развития включает личинку, нимфу и имаго.

Клещи могут поражать любые участки кожи, но чаще всего встречаются на тыльной поверхности кистей, в межпальцевых пространствах, подмышечных впадинах, промежности, на сгибах рук, на половых органах. Ходы видны на коже в виде прямых или извилистых линий беловато-грязноватого цвета.

Клещи вызывают сильный зуд, усиливающийся по ночам. Человек расчесывает пораженные места, в расчесы попадает микробная инфекция, присоединяется нагноение, воспалительные процессы. При расчесывании ходов клещей они переносятся на другие участки кожи или на другого человека. Так происходит расселение клещей по телу хозяина и заражение чесоткой здоровых людей. Заразиться чесоткой можно также и при пользовании одеждой, постельными принадлежностями и личными вещами больного.

Диагностика чесотки проста, так как поражения кожи клещами очень характерны. Они представляют собой прямые или извилистые полоски грязно-белого цвета. На одном из концов хода располагается пузырек, в котором находится клещ. Его можно перенести на предметное стекло в каплю 50% раствора глицерина и микроскопировать.

Профилактика

Соблюдение чистоты (кипячение белья, дезинфекция одежды), выявление и лечение больных.

ТЕМА Представители класса Насекомые, имеющие медицинское значение.

1. Характерные черты организации и медицинское значение представителей класса Насекомые.

Тип Членистоногие – Arthropoda (Артропода).

Подтип Трахейнодышащие – Tracheata (Трахеата).

Класс Насекомые (Insecta – (Инсекта).

Морфофизиологическая характеристика.

Тело четко разделено на три отдела: голову, грудь, брюшко. Три пары ног расположены попарно на трех сегментах груди, отсюда другое название класса – шестиногие, или Hexapoda (Гексапода).

Голова обычно соединена с грудью подвижно. На голове расположена пара усиков или сяжков, ротовой аппарат, по бокам находятся два крупных сложных глаза. В зависимости от условий питания различают следующие типы ротового аппарата: грызущий, сосущий, колюще-сосущий, лижущий. Некоторые виды не имеют крыльев.

Пищеварительная система представлена передней кишкой, начинающейся с ротовой полости и подразделяющейся на глотку и пищевод, задний отдел которого расширяется, образуя зоб (не у всех). Имеются слюнные железы (до трех пар), секрет которых переваривает пищу. У кровососущих насекомых слюна содержит вещество, препятствующее свертыванию крови. Средняя кишка насекомых лишена пищеварительных желез, задняя заканчивается анальным отверстием.

Органы выделения представлены мальпигиевыми сосудами (от 2 до 200) и жировым телом, которое выполняет функцию «почек накопления».

Органы дыхания – трахеи. Стигмы расположены посегментно (до 10 пар). От стигм начинаются крупные основные стволы (трахеи), которые разветвляются на более мелкие трубочки. Они проникают даже внутрь отдельных клеток. Таким образом, трахейная система подменяет функции кровеносной системы в снабжении тканей кислородом.

Кровеносная система в соответствии с особенностями органов дыхания развита сравнительно слабо. Сердце трубковидное, состоит из многих камер.

Нервная система достигает исключительно высокого уровня развития. Состоит из головного мозга и брюшной нервной цепочки. Головной мозг состоит из трех отделов – переднего, среднего, заднего и имеет очень сложное строение. В переднем отделе головного мозга сильно развиты грибовидные тела, благодаря которым насекомые способны к образованию сложных условных рефлексов. Поведение насекомых, в основе которого лежат инстинкты бывает очень сложным (особенно у общественных).

Органы чувств (осязание, обоняние, зрение, вкус, слух) достигают исключительно высокого уровня развития. Органы зрения играют ведущую роль для ориентации во внешней среде наряду с органами обоняния. Насекомые имеют простые и сложные (фасеточные) глаза. Сложные глаза состоят из огромного числа отдельных призм, такое строение глаз дает «мозаичное» зрение. У высших насекомых (пчелы, бабочки, муравьи) зрение цветное.

Насекомые – раздельнополые организмы, у них хорошо выражен половой диморфизм.

Жизненный цикл.

В классе Насекомых встречаются различные типы постэмбрионального развития: прямое и непрямое (с полным метаморфозом). Полный метаморфоз включает стадии яйца, личинки, куколки и имаго. Личинка резко отличается по строению и по среде обитания от взрослых форм. Так, личинка комаров живет в воде, а имаго в воздушной среде. Куколки не питаются, на этой стадии происходит замена личиночных органов органами взрослых насекомых.

Медицинское значение. Медицинское значение насекомых состоит, прежде всего, в том, что они служат переносчиками опасных, охватывающих большие массы населения (эпидемических) заболеваний, кроме того, среди них широко представлены эктопаразиты и ядовитые формы.

2. Вши (головная, платяная, лобковая)

Тип Членистоногие (Arthropoda).

Подтип Трахейнодышащие (Tracheata).

Класс Насекомые (Insecta).

Отряд Вши – Anoplura (Аноплюра).

Вши характеризуются выраженными адаптациями к эктопаразитизму:

• мелкие размеры

• конечности снабжены аппаратом фиксации к коже, волосам и одежде

• ротовой аппарат колюще-сосущего типа

• цикл развития упрощен (развитие с неполным метаморфозом),

• все стадии жизненного цикла обитают и питаются на одном хозяине.

• каждый вид паразитирует на определенном хозяине и не переходит на особей другого вида.

Паразитами человека являются головная, платяная и лобковая вши.

Головная вошь – Pediculus humanus capitis (Педикулюс гуманус капитис) вызывает заболевание педикулез.

Локализуется на волосистой части головы. Размеры 2-3 мм. Тело сплющено, голова маленькая, хорошо отграничена от груди. На голове имеется пара усиков, пара простых глаз (иногда отсутствуют), колюще-сосущий ротовой аппарат. В покое ротовой аппарат втянут внутрь головы и не виден снаружи. Грудные сегменты слиты, грудь несет три пары ног. Последний членик лапки имеет сильно развитый коготок, который вместе с выростом предпоследнего членика образует захлопывающееся устройство, наподобие клешни. С помощью этого устройства вошь прочно удерживается на волосах. Крыльев нет.

Брюшко несколько шире грудного отдела, состоит из 10 члеников. У самцов в конце брюшка виден копулятивный аппарат. На боковых сторонах грудных и брюшных сегментов расположены стигмы.

Развитие с неполным метаморфозом. Отложенные яйца (гниды) приклеиваются к волосам секретом клеевых желез. Все развитие происходит на теле человека. Из яйца выходит личинка, похожая по основным признакам на взрослую особь. После линек она превращается в имаго. Питаются кровью. Максимальная продолжительность жизни 38 дней.

Медицинское значение.

Эктопаразит. Слюна, вводимая в ранку, вызывает огрубление и пигментацию кожи. Жидкость, которой вошь приклеивает яйца, вызывает слипание волос – колтун. Кроме того, слюна вшей обладает токсическими свойствами. Она вызывает ощущение жжения и зуда. У некоторых людей на укусы этих насекомых могут развиваться аллергические реакции. На месте укусов остаются поверхностные кровоизлияния. Ссадины на местах расчесывания инфицируются и загнаиваются.

Профилактика и меры борьбы.

Для предупреждения вшивости необходимо регулярное мытье тела с одновременной сменой белья, поддержание чистоты одежды и жилища. Меры общественной профилактики заключаются в контроле за содержанием и поддержанием санитарного состояния в местах массового пребывания людей: вокзалы, пристани, гостиницы, поезда, пассажирские суда и т.д. Из химических средств уничтожения вшей используют мази и шампуни, содержащие инсектициды, а также лекарственные препараты, применяемые внутрь и действующие через кровь, которой питаются эти паразиты.

Платяная вошь – Pediculus humanus humanus (Педикулюс гуманус гуманус) вызывает заболевание педикулез.

Живет на нательном белье и одежде, при сосании крови переходит на тело. По внешнему виду и развитию очень сходна с головной вошью.

Отличительные признаки:

• имеет более крупные размеры (до 4,7мм),

• менее глубокие вырезки по краю брюшка,

• менее выраженная пигментация боковых частей сегментов брюшка.

• яйца откладывает на волосках одежды.

Весь цикл развития происходит на человеке. Продолжительность жизни до 48 дней. Подвижна, при температуре 27°С проползает 35см в минуту.

Медицинское значение.

Эктопаразит и специфический переносчик возбудителей тяжелых заболеваний с высокой смертностью (сыпной тиф, возвратный тиф), которые могут принимать эпидемический характер, охватывая большие массы людей.

Резервуаром обоих заболеваний служит только человек. При сосании крови больного человека возбудители попадают в кишечник вши, где проходят сложный цикл развития. Возбудители сыпного тифа рикеттсии Провачека размножаются в клетках стенки кишечника вшей, а потом вместе с погибшими клетками попадают в полость кишки и выносятся с фекалиями. Укус вши не опасен, поскольку в слюне ее возбудители отсутствуют. Заражение происходит при втирании фекалий насекомого в ранку от укуса или в расчесы и ссадины на теле.

Возбудители возвратного тифа спирохеты Обермейера из кишечника вши проходят в гемолимфу насекомого. Заражение происходит при раздавливании вши и попадании гемолимфы в ранку от укуса или в расчесы.

Профилактика и меры борьбы. Такие же, как и для головной вши.

Лобковая вошь (Phthirus pubis). Заболевание – фтириаз.

Размеры 1–1,5 мм. Тело укороченное, широкое, суженное кзади. Граница между грудью и брюшком, в отличие от головной и платяной вшей, не выражена. Продолжительность жизни до 26 дней.

Распространена повсеместно. Обитает на лобке, в подмышечных впадинах, иногда на бровях и ресницах. При этом проникает почти полностью под кожу, выставив на поверхность кончик брюшка, где расположены стигмы. Самка откладывает за всю жизнь до 50 яиц.

Медицинское значение. Только эктопаразит, возбудителей заболеваний не переносит.

Профилактика и меры борьбы.

Прежде всего, необходимо соблюдать гигиену половых отношений. В остальном те же меры, что и для других вшей.

3. Блохи.

Отряд Блохи – Aphaniptera (Афаниптера).

Типичным представителем является человеческая блоха – Pulex irritans (Пулекс ирританс). Тело блохи сплющено с боков, крылья отсутствуют, длинна тела от 1 до 5мм. Голова несет короткие усики, пару простых глаз, колюще-сосущий ротовой аппарат. Конечности сильно развиты, особенно последняя пара, которая значительно длиннее и служит для передвижения прыжками. Брюшко состоит из десяти сегментов, у самцов конец брюшка загнут кверху.

Развитие с полным превращением. Яйца откладывают в помещениях в щелях, трещинах пола, за плинтусами и обоями, в сухом мусоре. В природных условиях – в норах грызунов. Из яйца выходит безногая червеобразная личинка белого цвета. Питается разлагающимися органическими веществами, в том числе фекалиями взрослых блох. Через 3-4 недели личинка образует кокон, а затем превращается в куколку. Из куколки выходят половозрелые насекомые. Взрослые насекомые питаются кровью.

Каждый вид блохи живет на хозяине определенного вида: крысиная блоха – на крысах, собачья – на собаках, сусличья – на сусликах. Некоторые виды могут переходить на животных другого вида. Это определяет значение блох как переносчиков заболеваний человека.

Медицинское значение.

В качестве эктопаразитов блоха служит причиной зуда, расчесов, присоединения вторичной инфекции, нагноений и т.д. Но главное значение блох определяется тем, что они переносят особо опасное заболевание – чуму. Природными резервуарами чумы являются различные грызуны – суслики, крысы, сурки и др. Животные болеют чумой и умирают. После смерти хозяина блохи переходят на других особей этого же вида или другого и заражают их. Кроме того, эти животные болеют целым рядом других инфекционных заболеваний: туляремией, крысиным сыпным тифом и т.д. Поэтому блохи известны также как переносчики возбудителей и этих заболеваний.

Возбудители чумы активно размножаются в желудке блохи, образуя пробку, закрывающую его просвет, или «чумной блок». Когда блоха пытается пить кровь, блок мешает прохождению крови, блоха отрыгивает его в ранку и благодаря этому вносит в организм прокормителя огромное количество бактерий. В настоящее время считают, что заражение через укус возможно только при образовании блока. Возможно заражение и через фекалии блох, содержащие возбудителей чумы при попадании их в ранки при расчесах.

В качестве переносчика чумы наиболее опасны крысиная блоха и блоха сурка. Человеческая блоха также может быть переносчиком чумы.

Человек может заражаться чумой не только через переносчиков, но и путем контакта с животными (например, при снятии шкурки) или с больным человеком. Особенно легко передается легочная форма чумы. Кроме чумы, блохи могут переносить туляремию.

Профилактика и меры борьбы.

Мерами профилактики служат обычные санитарно-гигиенические мероприятия: поддержание чистоты в помещениях, влажная уборка, ликвидация таких мест выплода блох, как щели, трещины в полу и т.д. Для уничтожения блох в помещениях или на одежде используются инсектициды.

В полевых условиях уничтожают грызунов в норах с помощью соответствующих ядохимикатов и тем самым ликвидируют блох.

Дают эффект и меры индивидуальной защиты, например репелленты, которыми пропитывают одежду и постельное белье.

4. Комнатная муха, домовая муха, вольфартова муха.

Отряд Двукрылые – Diptera (Диптера).

Отряд включает наибольшее количество видов, имеющих медицинское значение. Представители отряда имеют одну (переднюю) пару прозрачных перепончатых или окрашенных крыльев. Задняя пара превратилась в небольшие придатки (жужжальца), выполняющие функцию органов равновесия. Голова соединена с грудью тонким мягким стебельком, что обуславливает большую подвижность.

Комнатная муха – Musca domestica (Муска доместика).

Распространена по всему Земному шару. Довольно крупное насекомое темного цвета. Размеры тела 6-8 мм, цвет серо-бурый. По бокам головы расположены крупные фасеточные глаза. На груди выделяются четыре темные продольные полосы. На лапках имеются коготки и клейкие лопасти, позволяющие мухе передвигаться по любым плоскостям.

Ротовой аппарат – лижущее -сосущий. Слюна мух содержит ферменты, растворяющие твердые вещества. После того как пища разжижена, муха слизывает её. Питается муха пищей человека, различными органическими веществами.

Яйца (100-150 шт.) мухи откладывают в гниющие вещества растительного или животного происхождения. В поселках городского типа это скопления пищевых отходов на помойках, мусороприемниках, свалках, отходах пищевой промышленности. В сельской местности местами выплода служат скопления навоза домашних животных, человеческие фекалии, испражнения человека на почве. Из яйца через 5-10 суток выходит членистая червеобразная личинка белого цвета. Она питается жидкой пищей, в основном разлагающимися органическими веществами. Оптимальные условия для развития личинки (температура – 35-45°С, влажность – 46-84%) создаются в навозных кучах. Через 4-7 суток личинка окуклится.

Куколка неподвижна, снаружи покрыта толстой кутикулой коричневого цвета. Выходящая из него муха проходит через довольно толстый слой грунта. Мухи становятся половозрелыми на 5-6 сутки. Продолжительность жизни около 1 мес. За это время самка откладывает яйца 5-6 раз (около 600).

Медицинское значение.

Комнатная муха – механический переносчик возбудителей кишечных инфекций – холеры, дизентерии, брюшного тифа и др. Распространение именно этой группы заболеваний определяется тем, что мухи питаются зараженными фекалиями и заглатывают возбудителей кишечных инфекций или загрязняют ими поверхность тела, после чего переносят их на продукты питания человека. С пищей возбудители попадают в кишечник человека, где находят благоприятные условия. В экскрементах мух бактерии остаются живыми в течение суток и более. Кроме кишечных заболеваний, комнатная муха может переносить возбудителей и других заболеваний, например, дифтерии, туберкулеза и т.д., а также яйца гельминтов и цисты простейших.

Домовая муха Muscina stabulans (Мусцина стабулянс)

Распространена повсеместно. Тело окрашено в бурый цвет, ноги и щупики желтого цвета. Питается фекалиями, а также пищей человека. Основные места выплода – фекалии человека в неканализированных уборных и на почве. Кроме того, может развиваться в фекалиях домашних животных и пищевых отходах. Взрослые мухи обитают в дворовых уборных.

Медицинское значение: механический переносчик возбудителей кишечных заболеваний.

Борьба с мухами.

Вольфартова муха – Wohlfahrtia magnifica (Вольфарциа магнифика) – возбудитель миаза – заболевания человека, вызываемого паразитированием личинок мух в тканях и органах человека.

Распространена на Кавказе, в Средней Азии, но может встречаться и в более северных районах.

Крупная муха, светло-серого цвета, на брюшке расположены черные круглые пятна. Живородяща. Привлеченная запахом разлагающихся тканей (раны, гнойные выделения) муха налету выпрыскивает в ткани животного или человека личинки, которые сразу внедряются в мягкие ткани и питаются там ими. Перед окукливанием личинки покидают хозяина и уходят в почву. За одну кладку муха отрождает до 120 личинок. Взрослые формы питаются нектаром цветов.

Медицинское значение. От миазов особенно страдают дети. В тяжелых случаях возможно полное уничтожение мягких тканей глазницы, мягких тканей головы и т.д. Известны случаи миазов с летальным исходом. Профилактика

Своеременная дезинфекция ранок на коже.

Комары.

Отряд Двукрылые (Diptera). Семейство Комары – Culicidae (Кулицидэ).

Кровососущие насекомые. Распространены от зоны тундры до оазисов пустыни. На территории России наиболее часто встречаются три рода – Anopheles (Анофелес), Culex (Кулекс), Aеdes (Аэдэс).

Мелкие насекомые с узким и вытянутым телом. Голова несет крупные фасеточные глаза. Ротовой аппарат колюще-сосущий, но кровососущими являются только самки, а самцы питаются нектаром и имеют сосущий ротовой аппарат.

Развитие с полным превращением. Яйца откладываются в воду или влажную почву. Вышедшая из них личинка активно питается и несколько раз линяет. Тело личинки четко подразделяется на голову, грудь и брюшко. Голова округлой формы, несет усики, глаза и веерообразные опахала. Двигаясь, опахала загоняют в рот личинки воду с содержащимися в ней частицами. Личинка заглатывает любые частицы определенного размера, независимо от того, являются они пищевыми или нет. На этом основано применение ядохимикатов, распыляемых в водоемах.

Органами дыхания служат трахеи.

Куколка имеет форму запятой благодаря массивной головогруди и узкому брюшку, не питается, передвигается с помощью быстрых взмахов брюшка.

Вылупившиеся самки и самцы обитают поблизости от водоемов, питаясь нектаром. После оплодотворения самкам необходимо напиться крови для развития яиц, поэтому они активно ищут хозяина -прокормителя. Самки сосут кровь животных или человека. Во время переваривания крови происходит созревание яиц (гонотрофический цикл), которое продолжается 2-3 дня. У некоторых видов комаров только один гонотрофический цикл за лето, у других может быть несколько циклов.

Наиболее активны комары в вечерние и предутренние часы. В дневные часы суток при высокой температуре и низкой влажности воздуха комары находятся в укрытиях и не питаются.

Продолжительность жизни самки в теплое время года до 3 месяцев, а самцов – 10-15 дней. Осенью самцы погибают, а самки впадают в анабиоз и перезимовывают.

Каждый вид комаров имеет свои особенности экологии, поэтому организация мер борьбы требует точного определения рода, присутствующего в данной местности. Для этого необходимо остановиться на признаках, имеющих значение для дифференциальной диагностики различных родов комаров. Отличия существуют на всех стадиях цикла, что отражено в таблице:

Сравнительная характеристика комаров рода Anopheles и Culex.
Anopheles	Culex
Яйца
Располагаются на поверхности воды поодиночке, каждое снабжено 2 воздушными поплавками.	Откладывают яйца слипающиеся группами в небольшие плотики или «лодочки», которые плавают в воде.
Личинки
Плавают в горизонтальном положении под поверхностью воды, а на предпоследнем членике имеют пару дыхательных отверстий.	Располагаются под поверхностью воды под углом к ней и имеют на предпоследнем членике длинный дыхательный сифон.
Куколки
По форме напоминают запятые, находятся под водой и дышат кислородом воздуха через дыхательные рожки, имеющие форму широких воронок.	Дыхательные рожки имеют форму тонких цилиндрических трубочек.
Взрослый комар
Сидя на предметах, располагается под углом к их поверхности головкой книзу.	Тело держат параллельно поверхности, на которой сидят.

Медицинское значение. Комары – временные эктопаразиты человека и переносчики различных болезней. Как установлено, комары могут переносить свыше 50 вирусных, бактериальных и паразитарных заболеваний.

Профилактика и меры борьбы.

Личная: защита от укусов комаров.

Общественная профилактика: уничтожение личинок и мест выплода комаров. Куколок не уничтожить, поскольку они не питаются и защищены толстым хитином.

Борьба с личинками складывается из ряда мероприятий:

• уничтожение всех мелких заброшенных резервуаров с водой;

• распыление в водоемах, служащих местами выплода, ядохимикатов;

• нефтевание небольших водоемов, препятствующее поступлению кислорода;

• осушение местности, мелиоративные работы;

• биологические меры борьбы: разведение рыбок гамбузий, питающихся личинками комаров;

Борьба с имаго:

• зоопрофилактика – между местами выплода комаров и жилыми домами располагают животноводческие фермы, так как комары охотно питаются кровью животных;

• распыление инсектицидов в помещениях, где зимуют комары: подвалы, чердаки, скотные дворы.

6. Москиты

Отряд Двукрылые (Diptera).

Семейство Москиты – Phlebotomidae (Флеботомидэ)

Медицинское значение имеют только москиты рода Phlebotomus (Флеботомус).

Мелкие насекомые – длина тела 1,5-3,5 мм. Окраска коричнево-серая или светло-желтая. Голова небольшая, несет короткий колюще-сосущий аппарат, усики и фасеточные глаза. Самая широкая часть тела – грудь, брюшко состоит из десяти сегментов, из которых два последних видоизменены и представляют наружные части полового аппарата. Ноги длинные и тонкие. Тело и крылья сильно опушены волосками.

Москиты встречаются в тропических и субтропических зонах на всех континентах.

Развитие с полным метаморфозом. Яйца коричневые удлиненно-овальной формы. Личинка безногая с головой, покрытая волосками, живет в почве. Питается органическими веществами. Куколка булавовидная, не питается.

Самцы питаются соком растений; кровь пьют только самки. Так же как самки комаров, самки москитов имеют гонотрофический цикл. Однако многие виды москитов во время созревания яиц сосут кровь неоднократно. Способны к трансовариальной передаче возбудителей.

Москиты – сумеречные и ночные насекомые. Нападают на добычу перед заходом солнца и в первые часы после захода на открытом воздухе и в помещении. Могут обитать в дикой природе и в населенных пунктах. Местами обитания в населенных пунктах служат норы домовых грызунов, пространство под полами жилых домов, у основания глинобитных построек, под кучами строительного мусора и т.д.

В дикой природе местом выплода являются норы грызунов (песчанки, суслики и т.д.), гнезда птиц, логова шакалов, лисиц, пещеры, трещины, дупла деревьев. Из нор москиты летят в поселки, преодолевая при этом расстояние до 1,5км.

Медицинское значение.

Москиты – специфический переносчик лейшманиоза (кожного и висцерального), лихорадки паппатачи (вирус передается в поколениях трансовариально). Кроме того, москиты являются эктопаразитами. Укусы их болезненны, на месте укуса образуются волдыри, появляется зуд.

Профилактика и меры борьбы.

В поселках применяют обработку жилых помещений инсектицидами, в природных условиях уничтожают грызунов в норах и места выплода москитов. Эффективны также индивидуальные средства защиты от укусов.

9. Триатомовый (поцелуйный) клоп –  Rhodnius prolixus (Родниус проликсус)

Крупное, до 4см длиной, ярко окрашенное насекомое. Обитают эти клопы преимущественно в тропиках Центральной и Южной Америки. Ведут ночной образ жизни, днем они скрываются в различных убежищах.

Являются специфическими переносчиками возбудителя южноамериканского трипаносомоза, или болезни Чагаса (возбудитель Trypanosoma cruzi). Заражению человека способствует такая особенность биологии, как обязательная дефекация сразу после укуса, при которой обеспечивает­ся попадание инвазионной формы трипаносом в кровь через кожу, по­врежденную хоботком клопа.

Хоботок чувствителен к инфракрасному излучению, клоп кусает человека около глаз или в губы, то есть там, где температура максимальная, поэтому иногда его называют „поцелуйный клоп“.

Кроме того, клопы этой группы имеют развитые крылья и хорошо летают. Они легко и часто меняют хозяев - прокормителей, среди которых природным резервуаром трипаносом являются около двухсот видов как диких, так и домашних животных – млекопитающих и даже птиц.

Борьба с клопами сводится к улучшению жилищно-бытовых усло­вий, к поддержанию чистоты и обработке стен, мебели и других поверх­ностей контактными ядами длительного действия (хлорофос, метафос и др.).

Поцелуйные клопы несут угрозу жизни и здоровью как минимум 7 миллионам человек.

10. Муха Цеце – Glossina palpalis (Глоссина палпалис)

Длина тела 9—14 мм. Муху цеце можно отличить от обычных в Европе домашних мух по характеру складывания крыльев (их концы плоско налегают друг на друга) и по прочному колющему хоботку, выступающему на передней части головы.

Ротовой аппарат насекомого снабжен весьма острыми зубками микроскопического размера, ими цеце разгрызает стенки кровеносного сосуда и таким образом добывает кровь (даже крокодилы, несмотря на свою толстую шкуру, не могут спастись от укусов мухи цеце). Слюна насекомого имеет особый фермент в своем составе, который не дает крови жертвы сворачиваться. Когда муха приступает к высасыванию крови, ее брюшко начинает резко увеличиваться в размерах. Муха цеце может выпить крови в количестве, равном ее собственному весу.

Примечательно, что у представителей этого рода кровь пьют как женские, так и мужские особи, это качество отличает их от кровососущих «собратьев» — комаров.

Цеце удивительно живуча: даже если прихлопнуть муху чем-нибудь, она снова полетит, и будет стараться укусить свою жертву.

Эти мухи – живородящие насекомые. Спаривается цеце лишь однажды в жизни, после того как насосется крови. За всю жизнь самка рожает около 12 личинок (по одной личинке раз в две недели). Придет время, муха усаживается на земле в прохладном и влажном укромном местечке. Родившаяся личинка зарывается в землю, окукливается, и превращается через месяц во взрослую особь. 

ТЕМА Биологические и экологические основы паразитизма. Паразитарные болезни.

1. Паразитизм как форма взаимоотношения между особями различных видов.

Паразитизм (от греч. parasitos – тунеядец) – представляет собой форму взаимоотношений между организмами различных видов, при которой один организм (паразит) использует другого (хозяина) как источник питания и место обитания, причиняя ему вред, но, как правило, не уничтожая его.

Паразитический образ жизни обычно служит специфическим признаком вида, он свойственен всем особям без исключения и закреплён в процессе эволюции.

Формы проявления паразитизма чрезвычайно многообразны. Паразиты могут обитать в различных тканях и органах хозяина, питаться его тканями или переваренной пищей, проводить на теле хозяина всю свою жизнь или только часть её, а также быть постоянными паразитами или временными. Даже такое свойство паразитов, как вредность, проявляется не всегда, а зависит от вида и состояния паразита, хозяина и окружающей среды. Например, мелкая вегетативная форма дизамёбы при определённых условиях не обладает вредоносным действием, а под влияние провоцирующих фактов приобретает патогенные свойства. Паразитизм широко распространён в природе: существует 60-65 тысяч видов животных-паразитов, что составляет 6-7% от общего числа всех видов на Земле. Паразитический образ жизни могут вести самые разнообразные организмы, не имеющие между собой ничего общего – от вирусов и простейших до млекопитающих (летучие мыши-вампиры).

Наиболее близки к паразитизму хищничество и комменсализм, и в ряде случаев бывает трудно провести границу между этими формами биотических связей.

2. Экологические основы классификации паразитов. Специфика среды оби­тания паразитов.

Паразиты подразделяются на:

истинных и ложных; временных и постоянных; облигатных и факультативных; экзопаразитов и эндопаразитов.

Истинные паразиты связаны с хозяином на значительном протяжении (большем или меньшем) жизни.

Паразитический образ жизни в данном случае обусловлен филогенетически и служит специфическим признаком вида.

Ложный паразитизм состоит в том, что отдельные особи свободно живущего вида случайно попадают в организм особи другого вида, где сохраняют некоторое время жизнеспособность и вызывают нарушения нормальной жизнедеятельности хозяина. Например, попадание личинок комнатной мухи или падальных мух в кишечник человека. Тем не менее, истинный и ложный паразитизм не всегда четко разграничены. Например, у комаров и москитов кровью питаются только самки и то только в определенные периоды своей жизни, в то время как самцы ведут свободный образ жизни.

По времени контакта хозяина и паразита паразитизм бывает временным и постоянным.

Временные паразиты только часть своей жизни находятся в непосредственном контакте с хозяином, как правило, в процессе питания. Длительность сроков питания и степень связи с хозяином варьирует. Это в основном кровососущие членистоногие.

Постоянные паразиты подразделяются на относительно постоянных (периодические) и безусловно постоянных (стационарные). Первые проводят на хозяине только одну из фаз своего жизненного цикла (личиночную или имагинальную), а в течение остальной части цикла ведут свободный образ жизни. Например, вольфартова муха

Безусловно постоянные паразиты проводят всю жизнь на теле хозяина или внутри его и не могут существовать во внешней среде. Постоянные паразиты могут быть связаны только с одним хозяином (вши) или переходить от хозяина одного вида к хозяину другого вида. В последнем случае передача паразита происходит непосредственно от одного хозяина к другому без выхода во внешнюю среду. Так, малярийный плазмодий передается от человека к комару при сосании последним крови больного. Личинки трихинеллы, живущие в мышцах, передаются непосредственно от свиньи к человеку.

Резкую границу между постоянным и временным паразитом также трудно провести.

Нередко паразитический образ жизни ведут только личинки, в то время как половозрелые формы являются свободноживущими. Паразитизм такого рода называют ларвальным (личиночным). Например, вольфартова муха, оводы. Противоположное явление, когда паразитом является половозрелая форма, а личинка обитает в открытой природе, называют имагинальным паразитизмом. К паразитам этого типа относят блох.

Облигатный паразитизм – паразитизм, являющийся обязательным для данного вида организмов. Абсолютное большинство видов паразитов относится к этой группе.

Факультативные паразиты способны вести свободный образ жизни, но, попадая в организм хозяина, проходят в нем часть цикла своего развития и нарушают его жизнедеятельность (личинки комнатной мухи в кишечнике человека).

В зависимости от локализации паразитов в организме хозяина различают паразитов наружных и внутренних.

Эктопаразиты (наружные) обитают на внешних покровах хозяина (кожа, волосы). К ним относятся кровососущие насекомые и клещи.

Эндопаразиты (внутренние) паразитируют во внутренних органах, тканях, клетках и практически могут поражать любой орган. Эндопаразитов подразделяют на:

• паразитов, обитающих в полостных органах, связанных с внешней средой (пищеварительная, дыхательная и мочеполовая системы)

• паразитов тканей внутренней среды (опорно-двигательный аппарат, система крови, соединительная ткань).

В большинстве случаев локализация тех или иных видов паразитов строго определена.

В то же время многие паразиты могут паразитировать в разных органах хозяина. Например, свиной цепень живёт в тонком кишечнике, а его личинки могут развиваться в мышцах, глазах, мозгу.

Своеобразной экологической группой паразитов являются сверхпаразиты. В качестве среды обитания и источника питания ими используются другие паразитические организмы. Например: в личинках овода развивается одноклеточный паразит, а в нём паразитирует бактерия.

3. Пути происхождения паразитизма и его распространенность в животном мире.

«Явление паразитизма имеет многообразное происхождение. Даже один и тот же вид паразитизма, например, эктопаразитизм, у разных животных мог возникнуть разными путями» (В.А. Догель).

Наиболее изучен переход свободноживущих форм к эктопаразитизму. Большинство эктопаразитов перешло к паразитизму от хищничества путем удлинения сроков питания и контакта с хозяином. В процессе эволюции можно проследить увеличение продолжительности сроков питания. Самки москита питаются меньше минуты, личинка иксодовых клещей – 5-8 дней, а половозрелые формы – от 5 до 14 дней, блохи проводят на хозяине большую часть своей жизни, вши – всю жизнь.

Второй путь перехода к паразитизму можно проследить на примере птичьих клещей-пухоедов. В этом случае паразитизм возникает на основе комменсализма (нахлебничества). Вероятно, предки клещей-пухоедов были комменсалами птиц, обитавшими в гнезде, где они питались органическими остатками, скапливающимися на дне гнезда. Постепенно клещи стали переходить с подстилки на хозяев гнезда и питаться ороговевшими придатками кожи и, в конечном счете, превратились в эктопаразитов.

Объяснить превращение свободноживущих форм в эндопаразитов значительно труднее.

В отдельных случаях эндопаразитизм происходит из эктопаразитизма. Например, пухоед пеликана с перьев перешел в подклювный мешок, где стал питаться кровью.

В ряде случаев возможно происхождение эндопаразитизма, например, кишечного паразитизма, из комменсализма. Кишечная среда выгодна для обитания многих форм, поскольку она богата пищевыми веществами. Среди комменсалов есть группа так называемых пищерасхитителей. Они используют не отходы пищи, а известную долю рациона хозяина, потребляя пищу, подготовленную им для усвоения, и, таким образом, причиняя ему косвенный ущерб. С увеличением количества потребляемой пищи, например за счет увеличения поверхности тела у ленточных червей, комменсальная форма начинает приносить прямой вред и переходит в паразитическую.

4. Понятие об инвазии. Способы проникновения паразитов в организм. Паразитоценоз.

Инвазия – способность вызывать заражение. Интенсивность инвазии (т.е. сила инвазии) зависит от количества паразитов поступающих в организм.

Способы проникновения паразитов в организм человека:

• пищевой – через грязные руки или с загрязненной пищей (цепни, сосальщики, аскариды и т.д.)

• через кровь – малярийный плазмодий

• половой – трихомонада

• через плаценту – токсоплазма

• контактный способ – вши

В организме хозяина одновременно могут присутствовать паразиты разных видов. Они вступают во взаимодействие друг с другом, вследствие чего различные комбинации видового состава паразитов могут как усиливать, так и ослаблять отрицательное совместное воздействие.

Совокупность паразитов, населяющих организм хозяина или его отдельные органы, получила название паразитоценоз.

Наиболее изучены связи в паразитоценозах кишечника, в частности между гельминтами и простейшими. По имеющимся данным, у лиц, зараженных аскаридозом, процент сопутствующего заражения лямблиями в 2-4 раза ниже, чем у людей, не зараженными этими видами гельминтов. В отношении ленточных червей получены противоположные результаты – при наличии карликового цепня и широкого лентеца зараженность лямблиозом в 2-3 раза выше, чем у людей, не страдающих гельминтозами.

Установлена взаимосвязь между простейшими, гельминтами и бактериями кишечника.

Известно, что бактериальная дизентерия у больных, страдающих аскаридозом и другими гельминтозами, протекает более тяжело и плохо поддается лечению. Поэтому у детей, больных дизентерией, положено проводить обследование на гельминтозы с последующей дегельминтизацией.

У инвазированных кишечными гельминтами больных тяжелее протекает туберкулез, болезнь Боткина, брюшной тиф и другие инфекционные болезни.

Знание взаимосвязей внутри паразитоценозов и их характера очень важно для врача, так как позволяет ему повысить эффективность лечения.

5. Принципы взаимодействия паразита и хозяина на уровне особей.

Паразит и хозяин составляют взаимосвязанные элементы единой биологической системы «паразит-хозяин», обитающие в конкретных условиях среды. Хозяином паразита называют живой организм, используемый паразитом как источник питания и место обитания.

Действие паразита на хозяина может быть механическим, токсическим и трофическим.

М е х а н и ч е с к о е воздействие виде повреждений тканей, наносимых органами прикрепления (крючья, присасывательные щели, присоски) или частями ротового аппарата паразита.

Ряд крупных кишечных паразитов (например, широкий лентец, аскарида) могут вызвать закупорку просвета, и даже разрыв кишечника. Желчные протоки печени нередко закупориваются печеночными сосальщиками.

Наряду с половозрелыми особями механические повреждения могут причинять личиночные формы. Так, личинки паразитов, проходя через стенки сосудов и стенку кишечника, сильно их травмируют.

Скопление занесенных током крови яиц паразитов в печени может вызвать цирроз печени.

Т о к с и ч е с к о е действие оказывают продукты жизнедеятельности паразита. Например, выход продуктов диссимиляции малярийных плазмодиев из эритроцитов в плазму вызывает лихорадочные приступы у больного. Полостная жидкость аскариды и других червей обладают высокой токсичностью. При введении в вену собаки полостной жидкости аскариды, наблюдается снижение кровяного давления, одышка, торможение свертывания крови, что в конечном итоге вызывает смерть животного.

Токсическое действие гельминтов проявляется у больного в потере аппетита, уменьшении массы тела, малокровии, повышенной утомляемости, бессоннице, тошноте, рвоте, снижении работоспособности, поносе и т.д.

Т р о ф и ч е с к о е действие выражается в поглощении паразитами тканевой жидкости, тканей, крови, а также переваренной пищи. Особенно много пищи поглощают кишечные гельминты, в частности ленточные черви, имеющие в длину несколько метров. Развивающийся бычий цепень увеличивается за месяц в длину на несколько метров, а в день на 7-10см. Для осуществления таких темпов роста гельминту необходимо большое количество пищи, что может вызвать резкое истощение больного.

Широкий лентец поглощает большое количество витамина В₁₂, что приводит к злокачественному малокровию.

Как правило, паразит одновременно действует на хозяина различными путями, но обычно не вызывает смерти хозяина, поскольку гибель хозяина означает и гибель паразита. В процессе эволюции системы паразит-хозяин вырабатываются взаимные приспособления, обеспечивающие относительную устойчивость этой системы.

Действие хозяина на паразита направлено на подавление его жизнедеятельности или уничтожение. Ответные реакции хозяина можно разделить на клеточные, тканевые (местные) и гуморальные (общие).

Клеточная реакция проявляется, например, в увеличении размеров клетки. Например, эритроциты, пораженные малярийным плазмодием, заметно крупнее «здоровых».

Тканевая реакция проявляется в образовании вокруг покоящейся стадии паразита соединительнотканной капсулы, которая в той или иной мере изолирует паразита от окружающих тканей.

Гуморальные реакции являются иммунологическими и заключаются в выработке защитных специфических антител в ответ на поступление антигенов, вырабатываемых паразитом.

Механизмы и формы иммунитета при паразитарных заболеваниях в принципе не отличаются от иммунитета при бактериальных и вирусных инфекциях, но имеется ряд особенностей связанных со спецификой строения и биологией гельминтов.

Основное отличие состоит в кратковременности иммунологических реакций и слабой степени напряженности иммунитета, хотя в случаях трихинеллеза наблюдается стойкий иммунитет. Относительный характер иммунитета объясняют отсутствием размножения гельминтов в организме хозяина, крупными размерами и сложным строением их, что препятствует тесному контакту паразита с клетками тканей хозяина. Затрудняет выработку иммунитета и смена стадий паразита (яйцо, личинка, половозрелая форма), поскольку антигены каждой стадии специфичны. Наиболее интенсивный иммунитет развивается во время присутствия личиночных стадий, поскольку личинка имеет более тесный контакт с тканями хозяина и выделяет антигены большей активности.

Таким образом, иммунитет при гельминтозах вырабатывается, но не обеспечивает полной невосприимчивости к повторным заражениям, а лишь снижает продолжительность жизни паразитов и их плодовитость. Отсутствие стойкого иммунитета означает возможность многократных повторных заражений, что обусловливает особенности профилактических мероприятий.

Влияние внешней среды на систему паразит-хозяин на уровне особей.

Организм хозяина служит внешней средой для паразита. На хозяина, в свою очередь, влияет окружающая его среда, которая опосредованно оказывает влияние и на паразита. Для человека внешняя среда включает в себя как природные, так и социальные факторы. Неблагоприятные изменения физиологического состояния (охлаждение, перегревание, перенесенные заболевания, голодание, переутомление, психические травмы), которые возникают под влиянием окружающей среды, способствуют активизации паразитов. Так, непатогенная форма дизентерийной амебы при перечисленных условиях превращается в патогенную форму, вызывающую тяжелое заболевание – амебиаз. Как показали наблюдения, переход амеб в патогенную форму часто наблюдается у раненых, поэтому в военное время численность больных амебиазом резко увеличивается. Переход непатогенных форм амебы в патогенные идет также гораздо интенсивнее в районах с жарким климатом, чем в районах с умеренным климатом.

6. Популяционный уровень взаимодействия паразитов и хозяина.

На уровне отдельных особей паразит, как правило, приносит вред организму хозяина, ослабляет его жизнедеятельность, иногда даже убивая его.

В популяции хозяина гибель части особей под воздействием паразитов оказывается не вредной, а «полезной» для этой группы организмов. Например, при возрастании скорости размножения количество особей в популяции хозяина может превысить пищевые ресурсы, имеющиеся в ее ареале, и вызвать самоуничтожение популяции. Благодаря гибели части животных под воздействием паразитов вновь восстанавливается оптимальное соотношение между числом особей популяции и конкретными возможностями среды обитания. В результате популяция хозяина сохраняется, одновременно выживает и популяция паразита. Следовательно, паразитизм, регулируя численность популяции хозяина, повышает устойчивость системы паразит-хозяин.

Этот регулирующий механизм вступает в действие при определенных условиях – бескормица, авитаминоз, повышение плотности популяции и др. Главную роль при этом играют наиболее патогенные паразиты, вызывающие острые массовые заболевания животных.

Поэтому становится понятным, почему у хозяев паразитов (даже высокоорганизованных) в процессе эволюции не выработалась защита от паразитизма. Подобные приспособления не могли закрепляться в процессе естественного отбора. В популяциях хозяев, свободных о паразитов, численность особей стала бы возрастать, что привело бы к быстрому истощению пищевых ресурсов, а это имело бы тяжелые последствия для всех элементов экосистемы. Не удивительно, что в последнее время у некоторых млекопитающих, наоборот, обнаружены приспособления, облегчающие паразитизм.

Все вышеизложенное позволяет рассматривать паразитизм как экологический фактор, который регулирует численность популяции хозяина и повышает устойчивость не только простых систем паразит-хозяин на уровне популяции, но и целых биоценозов.

7. Распространение паразитов в популяции хозяина. Расселение и проблема поиска хозяина.

В пределах одной популяции степень зараженности разных особей неодинакова. Как показали исследования, на уровне популяций паразиты сосредоточены не во всех организмах, а лишь в немногих особях хозяина, но в большом количестве.

Наиболее частая причина неоднородности заражения особей хозяина заключается в различной вероятности инвазии для различных особей хозяина и различных особей паразита. Для того чтобы распределение паразита в популяции хозяина было случайным, вероятность инвазии должна быть одинаковой для всех особей хозяина и всех особей паразита, т.е. среда должна быть однородной. Поскольку в природе такие условия отсутствуют, возникают отклонения в концентрации паразитов в отдельных особях.

Расселение животных необходимо для избежания перенаселенности, повышающей смертность, и поэтому служит важным условием сохранения вида. Особенно важно расселение для паразитов, поскольку суперинвазия приводит к смерти хозяина и гибели паразита. Поэтому паразиты обладают способностью покидать на определенной стадии развития хозяина и находить новых хозяев.

Переход от одного хозяина к другому, обеспечивая расселение паразита, одновременно влечет за собой высокую его смертность, поскольку вероятность нахождения нового хозяина, как правило, крайне мала. Гибель большого числа особей на разных стадиях цикла развития паразита компенсируется высокой плодовитостью паразитических форм.

Расселение паразитов происходит различными способами и на различных стадиях жизненного цикла.

Наиболее часто переход от одного хозяина к другому осуществляется с помощью свободноживущей активной подвижной (личинка) и неактивной покоящейся (яйцо, циста, спора) стадий. Покоящаяся стадия имеет защитные приспособления, обеспечивающие переживание неблагоприятных условий, и обычно неподвижна. Благодаря этому она не может обеспечить расселение в пространстве, но позволяет продлить срок существования паразита, т.е. обеспечивает его расселение во времени, что повышает шансы на встречу с новым хозяином.

Активная подвижная стадия (церкарий, личинки) способствует расселению паразита в пространстве, обычно не питается и живет недолго. Кроме функции расселения, она выполняет и функции поиска хозяина.

Расселению паразита способствует также перемещение хозяев. Особенно эффективно перемещение окончательного хозяина, содержащего половозрелые формы и рассеивающего яйца по территории обитания.

Включение в цикл развития промежуточного хозяина дает возможность паразиту избежать неблагоприятных воздействий среды и продлить срок своего существования.

Если цикл развития паразита включает переносчика, то функцию поиска нового хозяина выполняет переносчик.

Паразиты могут изменять поведение промежуточных хозяев таким образом, что шансы попасть к окончательному хозяину будут повышаться. Например, муравьи, зараженные метацеркариями трематоды, выползают на кончик травинки и здесь впадают в состояние своеобразного оцепенения, что обеспечивает заглатывание их травоядными животными. Рыбы, зараженные некоторыми видами цестод, значительно медленнее плавают, отчего становятся добычей хищников в первую очередь.

У многих паразитов вероятность встречи с хозяином облегчается за счет синхронизации их цикла развития с циклом развития хозяина или переносчика. Так, у трематоды, паразитирующей в мочевом пузыре лягушки, яйца созревают и выделяются в тот период, когда лягушки переходят в воду для размножения (продолжительность периода почти неделя). Из отложенных яиц паразита инвазионные личинки выходят в тот момент, когда у головастика появляются жабры, на которых личинки паразитируют. Таким образом, и инвазионные стадии, и хозяева находятся одновременно в одном месте, синхронность циклов развития паразита и хозяина вызывается одновременным воздействием гипофизарного гормона лягушки и на организм паразита.

8. Жизненные циклы паразитов.

Онтогенез паразитов обычно бывает сложнее, чем развитие свободноживущих видов. Поэтому большинство паразитов нередко развиваются со сложным метаморфозом, включающим много личиночных стадий, обитающих в разных средах и выполняющих разные функции: расселения, активного роста, пассивного ожидания попадания в другую среду обитания и иногда даже размножения.

Совокупность всех стадий онтогенеза паразита и путей передачи его от одного хозяина к другому называют его жизненным циклом.

Хозяева паразитов подразделяются на промежуточных, окончательных и резервуарных.

Ряд паразитических форм в разные периоды жизненного цикла переходят от хозяина одного вида к другому. Это явление получило название смены хозяина. Например, личиночные формы бычьего цепня развиваются в организме крупного рогатого скота, а половозрелые формы только у человека.

Окончательным (основным или дефинитивным) хозяином называют организм, в котором паразит находится в половозрелой форме или размножается половым путем. Его заражение осуществляется либо при поедании промежуточного хозяина, либо при контакте с последним в одной среде обитания.

Промежуточным хозяином называют организм, в котором паразит находится в личиночной стадии или размножается бесполым путем. Значение промежуточных хозяев в циклах развития паразитов очень велико: они являются источником заражения окончательных хозяев, часто выполняют расселительные функции, а иногда обеспечивают выживание популяций паразита в случае временного исчезновения окончательных хозяев.

Резервуарным хозяином называют организм, в котором паразит сохраняет жизнеспособность и накапливается. Это повышает выживаемость вида, но дальнейшее развитие его не происходит. Например, поселковый клещ может накапливать в себе спирохет – возбудителей возвратного тифа.

9. Трансмиссивные и природноочаговые паразитарные и инфекционные забо­левания. Экологические основы их выделения и характеристика.

Возбудители трансмиссивных заболеваний передаются посредством переносчиков. К ним относятся как паразитарные, так и инфекционные болезни. Различают облигатно-трансмиссивные и факультативно-трансмиссивные заболевания.

Облигатно-трансмиссивные болезни передаются от одного хозяина к другому только через переносчика. Например, малярией или сыпным тифом человек может заразиться только через укус насекомого, так как возбудитель должен попасть в кровь.

Факультативно-трансмиссивные болезни могут передаваться как через переносчика, так и без него другими путями, т.е. участие переносчика не обязательно. Примером таких заболеваний могут служить туляремия и чума. Возбудители туляремии могут передаваться от зараженных животных к человеку, как с помощью кровососущих членистоногих, так и через загрязненные фекалиями пищевые продукты и воду. Чума может передаваться человеку от грызунов через укус блох, а также контактным путем при снятии шкурок с больных животных, при соприкосновении с больным человеком.

При трансмиссивном способе передачи возбудитель проникает в организм хозяина двумя путями:

1. непосредственно в кровь хозяина через ротовой аппарат переносчика.

2. возбудитель с фекалиями либо иным способом попадает на кожу или слизистые оболочки и оттуда попадает в организм хозяина через рану от укуса, царапины, расчесы и т.п.

Природноочаговые заболевания имеют ряд характерных особенностей:

1. циркулируют в природе независимо от человека;

2. резервуаром служат дикие животные, составляющие с возбудителями и переносчиками биоценоз;

3. распространены не повсеместно, а на ограниченной территории с определенным географическим ландшафтом.

Территорию, на которой обитают дикие животные, служащие резервуаром возбудителя и существование которых не связано с деятельностью человека, а также переносчики, называют природным очагом заболевания.

10. Структура природного очага. Понятие об антропонозах, зоонозах и антропозоонозах.

Условия возникновения природного очага.

• определенная территория.

• наличие возбудителя болезни

• наличие животного-резервуара, восприимчивого к возбудителю

• наличие животного-переносчика.

Специфические связи между возбудителем и хозяином позволяют выделить следующие группы трансмиссивных заболеваний:

Зоонозы – болезни, свойственные только животным (малярия птиц);

Антропозоонозы – болезни, возбудители которых могут поражать как животных, так и человека. В этом случае переносчик может передавать возбудителя от животных к человеку и обратно (таежный энцефалит, лейшманиоз, чума);

Антропонозы – болезни, которые свойственны только человеку (трихомонадоз, амебиаз).

Таким образом, переносчикам принадлежит исключительно важная роль в распространении многих, иногда принимающих массовый характер, эпидемических заболеваний.

Примером заболевания с природной очаговостью служит таежный весенне-летний энцефалит. Дикие животные (бурундук, белка, заяц, еж, птицы), зараженные вирусом энцефалита, обитают в тайге и составляют природный резервуар. Иксодовые клещи, паразитирующие на животных, передают вирус энцефалита от одного животного к другому, благодаря чему в природе возбудители циркулируют в течение многих лет независимо от человека. Животные-резервуары, переносчики и возбудители заболевания имеют свой видовой ареал распространения, поэтому энцефалит встречается только на определенной территории и не встречается за ее пределами.

11. Биологические и экологические обоснования борьбы с трансмиссивными и природноочаговыми заболеваниями.

Чтобы успешно бороться с трансмиссивными и природноочаговыми заболеваниями необходимо знать биологию и экологию паразитов, переносчиков и промежуточных хозяев.

Личинка малярийного комара заглатывает любые частицы определенного размера, независимо от того, являются они пищевыми или нет. На знании этого факта основано применение ядохимикатов, распыляемых в водоемах.

Яйца аскариды становятся инвазионными, только находясь в почве, куда они попадают с фекалиями человека. Из этого вытекает такая мера борьбы с аскаридозом как компостирование фекалий человека, перед тем как использовать их в качестве удобрения.

Переносчиком возбудителя чумы являются блохи. Личинки блох окукливаются в щелях полов и не переносят влажности. Отсюда вытекает такая простая и эффективная меры борьбы с чумой как ежедневная влажная уборка помещения.

12. Роль русских ученых в развитии общей и медицинской па­разитологии.

Константин Иванович Скрябин.

организовал первый в мире институт гельминтологии (Всесоюзный институт гельминтологии им. акад. К.И. Скрябина), а также Лабораторию гельминтологии АН СССР. Им и его многочисленными учениками были разработаны методы диагностики гельминтозов, изучены их клиника и терапия. Ввел термин дегельминтизация – комплекс мероприятий, направленных на лечение больного гельминтозом, а также очищение внешней среды от инвазивного материала. К.И.Скрябиным было сформулировано учение о девастации – комплексе мероприятий, направленных на полное уничтожение некоторых видов гельминтов, а также создание условий, при которых эти виды не смогли бы возникнуть вновь. Девастация подразумевает уничтожение гельминта как зоологического вида.

Евгений Никанорович Павловский

внес большой вклад в развитие паразитологии, так под его руководством успешно разрабатывалось арахноэнтомологическое направление. Им была обоснована теория об организме хозяина как среде обитания паразита и теория паразитоценозов. Итогом изучения переносчиков, их хозяев и путей циркуляции возбудителей в природе стало учение Е.Н. Павловского о природной очаговости трансмиссивных болезней.

Валентин Александрович Догель

изучал вопросы экологической паразитологии, изучающей зависимость фауны паразитов от биологического цикла и специфики физиологии их хозяев, а также от факторов окружающей среды в нашей стране

ЛЕКЦИЯ 1 Типы клеточной организации.

1. Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни.

М о л е к у л я р н ы й.

Любая живая система, даже сложно организованная, состоит из макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

К л е т о ч н ы й.

Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов. На этом уровня сопрягаются передача информа­ции и превращения веществ и энергии.

Организменный.

Элементарной единицей этого уровня жизни является особь, рассматриваемая от момента рождения до смерти. Возникают системы орга­нов, специализированных для выполнения различных функций.

Популяционно-видовой. Популяция рассматривается как надорганизменная система, или как совокупность организмов данного вида, объединённых общим местом обитания. В этой системе осуществляются элементарные эволюци­онные преобразования.

Биогеценотический.

В процессе совместного исторического развития ор­ганизмов разных систематических групп образуются устойчивые сообщества, при­вязанные к факторам среды их обитания.

Биосферный.

Биосфера – совокупность всех биогеоценозов, система, охваты­вающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит кругово­рот веществ и превращение энергии, связанные и жизнедеятельностью всех живых организмов.

2. Клетка - элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая система.

Клетка является элементарной, т.е. наименьшей, самостоятельной единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).

Клетка является генетической единицей, так как имеет ядро, содержащее ДНК, в которой записана информация о строении и функциях клетки. При делении клетки эта информация наследуется дочерними клетками.

Клетка является структурно-функциональная биологическая система: живая клетка включает в себя подсистемы – органеллы, органеллы выполняют определенные функции и в тоже время они все вместе обеспечивают жизнедеятельность клетки.

3. Клеточная теория. Современное состояние клеточной теории.

Началом изучения клетки можно считать 1665г., когда Р. Гук уви­дел в микроскоп на тонком срезе пробки мелкие ячейки, названные им клетками. В 30-е годы XIX века Р. Броун открыл ядро, что создало основу для сопоставления всех клеток.

В 1839г. Т. Шванн и М. Шлейден обобщили накопленный материал и сфор­мулировали основное положение: все растительные и животные орга­низм состоят из клеток, сходных по строению.

В 1858г. Р. Вирхов внёс очень важное дополнение в клеточную тео­рию – он доказал, что количество клеток увеличивается только одним способом – в результа­те деления. Таким образом, клетка происходит только от клетки.

Благодаря применению физических и химических методов исследова­ния и новейших приборов, основные положения клеточной теории бы­ли развиты и углублены. Современная клеточная теория включает следующие положения:

1. клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

2. клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

3. клетки размножаются делением, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

4. клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани;

5. ткани образуют органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Вывод.

Клетка – живая элементарная открытая система, являющаяся основ­ной структурно-функциональной единицей всех живых организмов, спо­собная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

4. Клетка как открытая система. Организация потоков в-ва, энергии и информации в клетке.

Клетка является открытой системой. Это значит, что в клетку из внешней среды (если это организм человека, то из ЖКТ) поступают с заключенной в них энергией. Эти вещества используются в процессе жизнедеятельности клетки, а образующиеся при этом продукты метаболизма удаляются из клетки во внешнюю среду.

Поток вещества: человек съел яйцо → в ЖКТ оно переварилось → аминокислоты всосались в кровь и поступили в клетку → из них синтезируются видоспецифические белки, которые обеспечивают жизнедеятельность клетки → в процессе жизнедеятельности клетки белки изнашиваются, стареют, разрушаются → конечные продукты обмена белка (NH₃, СО₂ и Н₂О) выводятся из клетки.

Поток энергии тесно связан с потоком вещества. Организм поглощает пищу (питание необходимо для обеспечения организма энергией и строительным материалом); часть пищи преобразуется в митохондриях в АТФ, а часть запасается в виде гликогена.

Поток информации: в клетке постоянно происходит синтез белка. Информация о структуре белка записана в ДНК. В процессе транскрипции она переносится на и-РНК, а в процессе трансляции на полипептид.

5. Типы клеточной организации. Особенности строения прокариотической клетки.

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две груп­пы:

• прокариоты (про – до, карион – ядро), или предъядерные. К ним относятся только бактерии.

• эукариоты (эу – настоящие, карион – ядро), или ядерные. Это все остальные организмы.

Эукариотическая клетка состоит из следующих компонентов: ядерная оболочка, ядерный матрикс, ядерный сок, ядрышко, хромосомы.

Клетки прокариот имеют более простое строение:

1. нет организованного ядра, т.е. ядерное вещество не отделено от цитоплазмы собственной мембраной. Ядерное вещество представлено единственной хромосомой, состоящей из 1 молекулы ДНК, замкнутой в кольцо;

2. из органоидов присутствуют только многочисленные, но мел­кие рибосомы;

3. функцию митохондрий выполняют ферменты, лежащие непосредственно на плазматической мембране и образующие дыхательную цепь;

4. нет клеточного центра, следовательно, нет митоза (делятся амито­зом);

5. отсутствует циклоз (постоянное круговое движение цитоплазмы с органоидами в клетке) и амёбоидное движение

6. отсутствуют внутренние мембраны, делящие клетку на отсеки, в ко­торых протекают противоположные процессы.

При всей простоте строения прокариоты – типичные клетки, способ­ные вести независимое существование.

6. Организация животной эукариотической клетки.

• имеется оформленное ядро, в котором располагается молекула ДНК;

• имеется развитая система мембран и соответственно органоиды мембранного строения: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии;

• имеется клеточный центр, поэтому размножаются митозом;

• могут передвигаться при помощи ложноножек (амеба);

• имеется циклоз;

• присуще явление компартментации – с помощью биологических мембран обеспечивается пространственное разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии)

7. Строение и функции оболочки животной эукариотической клетки.

Эукариотическая клетка отделена от внешней среды или соседних клеток плазматической мембраной, или плазмалеммой.

Среди многочислен­ных моделей мембран, наиболее универсальной оказалась так называемая "жидкостно-мозаичная" модель. Согласно ей основой мембраны является жид­костный билипидный слой, образованный строго ориенти­рованными фосфолипидными молекулами. Двойной слой фосфолипидных молекул обращен друг к другу гидрофобными участками, а внешняя и внутренняя поверхности билипидного слоя об­разованы гидрофильными участками молекул.

Белки, входя­щие в мембрану, не составляют сплошного слоя на внутрен­ней и внешней поверхности билипидного слоя, а расположены мозаично. Среди белков выделяют интегральные и периферические мембранные белки. Интегральные белки пронизывают мембрану насквозь или погружены в липидный слой частично. Периферические белки располагаются на поверхности мембраны. Такая структура позволяет рассматривать мембрану как жидкомозаичное образование: в двухмерном "море" липидов плавают белковые "айсберги".

На плазмалемме животных клеток находится гликокаликс – соединение белков и полисахаридов. Он непосредственно свя­зывает клетку с внешней средой и служит для распознавания сигна­лов, поступающих из неё. Он же связывает клетки в ткани. Образует­ся гликокаликс благодаря жизнедеятельности самих клеток.

Функции плазматической мембраны:

• барьерная (ограничивающая клетку от соседних клеток)

• обеспечение контактов между клетками

• сигнальная (рецепторная) – на поверхности мембраны находятся рецепторы, которые воспринимают сигналы из внешней среды

• транспортная – регулирует транспорт веществ, т. к. обладает избирательной проницаемостью.

8. Трансмембранный транспорт веществ в клетку.

Существует 5 способов поступления веществ в клетку: диффузия, облегчённая диффузия (пассивный транспорт), осмос, активный транспорт, эндоцитоз. Два последних способа сопровождаются затратами энергии.

Диффузия – перемещение вещества из области большей концентрации в область меньшей концентрации без затраты энергии. Движущей силой диффузии является градиент (разность) концентрации. Диффузия будет действовать до тех пор, пока концентрация вещества в двух областях не выровняется. Так переме­щаются О₂, СО₂, С₆ Н₁₂ О₆, аминокислоты, жирные кислоты, этанол.

Облегчённая диффузия или пассивный транспорт. В этом случае молекула специального белка-переносчика соединяется с переносимой молекулой на одной стороне мембраны и «перетягивает» её на другую сторону мембраны. Перенос веществ в этом случае осуществляется также по градиенту концентрации и без затраты энергии. Так перемещаются сахара, аминокислоты, нуклеотиды и ионы.

Осмос – перемещение молекул воды через полупроницаемую мембрану, вызванное разностью концентрации. Клетка, помещённая в чистую воду, насасывает её по градиенту своей концентрации. Клетка, помещённая в насыщенный раствор, отдаёт воду и сморщива­ется. Например, эритроциты в гипотоническом растворе набухают и лопаются, а в гипертоническом – сморщиваются.

Активный транспорт – перемещение веществ против их градиентов концентрации, т.е. из области меньшей концентрации в область большей концентрации. На это требуется энергия, источником её служит АТФ. Этот способ характерен только для ионов питательных веществ, следова­тельно, клетка обладает избирательной способностью по отношению к различным ионам.

Эндоцитоз – перемещение веществ с помощью выростов и выпячиваний плазмалеммы. Эндоцитоз делится на фагоцитоз и пиноцитоз. Оба этих процесса требуют затраты энергии.

Фагоцитоз – захват выростами плазмалеммы крупных частиц, диаметром 1мм и более и втягивание их в цитоплазму клетки. Здесь происходит их ферментативное расщепление. Клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами (нейтрофилы и макрофаги).

Пиноцитоз – поглощение пузырьков жидкости. В месте соприкосновения с пузырьком плазмалемма образует впячивание в виде канальца, который заполняется жидкостью. Затем он отшнуровывается и попадает в цитоплазму. Пиноцитоз характерен для лейкоцитов, клеток зародыша и печени. Путём пиноцитоза поглощаются крупные молекулы и ионы, не способные проникать через поры плазмалеммы.

Из клетки во внешнюю среду вещества поступают с помощью экзоцитоза. Так из секреторных клеток, через их мембрану, выводятся пищеварительные ферменты или гормоны, а из пищеварительных вакуолей – непереваренные плотные частицы.

9. Цитоплазма: основное вещество, цитоскелет, органеллы.

Основное вещество цитоплазмы представлено гиалоплазмой (матрикс). Это коллоидная система органических и неорганических веществ, способная к переходам из состояния золя в состояние гель и наоборот. В гиалоплазме на долю белков приходится 20-25% от общего количества белка в эукариотической клетке и до 50% в прокариотической клетке.

Функции гиалоплазмы:

• соединение компонентов цитоплазмы в единое целое

• участие в транспорте веществ

• в гиалоплазме протекает гликолиз

• в гиалоплазме накапливается АТФ и включения.

Цитоскелет клетки представлен микротрубочками и микрофиламентами.

Микротрубочки – полые цилиндры диаметром 20-30нм, образованные белком тубулином.

Микротрубочи играют роль цитоскелета, т.к. пронизывают всю цитоплазму клетки. Кроме того, микротрубочки участвуют в создании клеточного центра, жгутиков, ресничек и в транспорте веществ внутри клетки.

Микрофиламенты – это белковые нити толщиной около 4нм. Большинство из них образовано молекулами актинов, которых выявлено около 10 видов. Они могут группироваться в пучки, образующие опорные структуры цитоскелета.

Органеллы животной клетки: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды, рибосомы, клеточный центр.

Органоиды клетки делятся на органоиды общего назначения и спе­циального назначения.

Органоиды спе­циального назначения встречаются только в специализированных клет­ках и обеспечивают выполнение этими клетками специфических функций. К ним относятся миофибриллы мышечной клетки, ресничный эпителий дыхательных путей, ворсинки тонкого кишечника, жгутик сперматозоида.

Органоиды общего назначения присущи всем клеткам. К ним относятся эндо­плазматическая сеть, лизосомы, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр, микротрубочки и микрофиламенты, а также пластиды (последние только у растений).

Эндоплазматическая сеть представлена сетью каналов и уплощённых цистерн, ограни­ченных одинарной мембраной. Она разветвляется по всему объёму ци­топлазмы, что позволяет ей выполнять следующие функции:

• механическая – обеспечение постоянной формы клетки;

• увеличение площади внутренней поверхности клетки;

• транспортная – перенос веществ между органоидами клетки, органои­дами и ядром, клеткой и внешней средой;

ЭПС подразделяется на два типа: шероховатую и гладкую. Шерохо­ватая имеет на наружной поверхности многочисленные рибосомы, на которых синтезируется белок. Гладкая сеть состоит из каналов и цистерн меньшего сечения, чем в шероховатой ЭПС. Она выполняет следующие функции:

• синтез липидов, входящих в состав мембран;

• синтез предшественников стероидных гормонов;

• обезвреживание вредных продуктов метаболизма;

Лизосома. Это пузырёк диаметром 0,2 - 0,5 мкм, покрытый однослойной мемб­раной. Эта мембрана предохраняет структуры и вещества клетки от разрушающих действий ферментов лизосом. При нарушений её целостнос­ти ферменты выходят в цитоплазму клетки, и происходит автолиз – са­мопереваривание клетки. Ферменты лизосом способны расщеплять бел­ки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды.

Функции лизосом:

1. осуществляют внутриклеточное пищеварение; лизосомы – миниа­тюрная пищеварительная система клетки;

2. удаляют отжившие органоиды клетки или личиночные органы. Так, хвост у головастика лягушек рассасывается под действием фермента лизосом – катепсина;

3. превращают вредные для клетки вещества в перевариваемые про­дукты;

4. участвуют в защите клетки то бактерий и вирусов (вирусы замуровываются в лизосоме).

Образуются лизосомы в комплексе Гольджи: сюда поступают синте­зированные на рибосомах ферменты, здесь они окружаются мембраной и вы­водятся в цитоплазму. Это первичные (неактивные) лизосомы. Вторичные (активные) лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на фаголизосомы и аутолизосомы. Фаголизосомы переваривают материал, поступающий в клетку путём фагоцитоза и пиноцитоза. Аутолизосомы разрушают собственные, изношенные структуры клетки. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершён, называются остаточными тельцами. В них отсутствуют ферменты, и содержится материал, который не может быть разрушен.

Митохондрия (1-5 мкм) – двумембранный органоид, выполняющий функцию внутриклеточной энергетической станции. Это округлые образования, ограниченные двумя мембранами – наруж­ной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она регулирует как пос­тупление веществ в митохондрию, так и выведение их. Внутренняя мембрана образует складки – кристы, обращённые внутрь митохондрии. Внутри митохондрии находится так называемый матрикс, содержащий различные ферменты, ионы Са²⁺ и Мg²⁺, а также ДНК, т-РНК, и-РНК и рибосомы (причём ДНК и рибосомы у митохондрий похожи на таковые эубактерий).

Благодаря наличию собственной ДНК (1 молекула кольцевой формы), митохондрии могут размножаться не­зависимо от деления клетки. Происходит это путём перешнуровки исходной митохонд­рии. Предварительно у них удваивается количество ДНК. Благодаря содержанию т-РНК,

и-РНК и рибосом, митохондрии они могут синтезировать собственный белок.

Кроме того, митохондрии играют определённую роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).

На кристах митохондрии происходят окислительно-восстановительные процессы, сопровождающиеся выделени­ем энергии. Она используется на образование фосфатных связей в АТФ. Накопление АТФ делает митохондрии своеобразными аккумуляторами энергии клетки, которая расходуется на процессы жизнедеятельности клетки по мере надобности. Из-за интенсивной работы митохондрии имеют малую продолжительность жизни, например митохондрии клеток печени живут всего 10 дней.

Аппарат Гольджи представляет собой систему диктиосом числом от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч на клетку. Каждая диктиосома образована стопкой из 3-12 крупных цистерн, похожих на блюдца. От цистерн отходят во все стороны трубочки и пузырьки, имеющие мембранное строение. Трубочки соединяют отдельные цис­терны соседних стопок, так образуется их единая сеть. Пузырьки участвуют в образовании первичных лизосом. В разных типах клеток аппарат Гольджи занимает строго определённое положение, вблизи ядра.

Функции аппарата Гольджи разнообразны:

1. образование первичных лизосом, которые поступают затем в цитоплазму;

2. упаковка белков, поступающих из ЭПС, для последующего экспорта из клетки;

3. синтез структурных компонентов клетки, например, коллагеновых нитей;

4. синтез жиров и полисахаридов, входящих в состав мембран клетки;

Рибосома (0,02-0,03 мкм) – не мембранный органоид, осуществляющий биосинтез белка. Рибосома состоит из двух неравных субъединиц – большой и малой. Обе субъединицы образуются в ядрышках, но объединяются они в рибосому только в момент присоединения к и-РНК. Этот процесс происходит с помощью ионов Мg²⁺.

В каждой клетке содержится от десятков тысяч до миллионов рибосом. Часть их находится в свободном состоянии, но большинство рибосом прикреплено к мембранам ЭПС. Первые синтезируют белки, исполь­зуемые для нужд клетки, вторые синтезируют белки "на экспорт". Они по кана­лам ЭПС поступают в комплекс Гольджи, пакуются в мембраны, а затем выводятся из клетки. Скорость работы рибосом поразительна – одна белковая молекула средних размеров синтезируется за одну минуту. Это позволяет непре­рывно обновлять белки организма, изнашивающиеся в процессе его жизнедеятельности. Так, белки печени человека обновляются за 7 су­ток.

Клеточный центр – не мембранный органоид, в котором из белка тубулина образуются микротрубочки. Клеточный центр состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг к другу. Каждая центриоль – это цистерна, состоящая из 9 строенных микротрубочек. Микротрубочки соединены между собой системой связок, а снаружи одеты белковым чехлом. Перед делением клетки центриоли удваивают­ся. Во время митоза центриоли определяют местоположения полюсов веретена деления. Причём положение центриолей в делящейся клетке определяет центры новых клеток. Здесь будет располагаться ядро, т.к. клеточный центр всегда располагается вблизи ядра.

9. Включения

Это непостоянный компонент цитоплазмы. Наличие их и количество зависит от интенсивности обмена веществ и состояния ор­ганизма. Они делятся на три группы:

1. питательный запасный материал (гликоген, жир, желток яйцеклетки);

2. вещества, подлежащие выведению из клетки для выполнения своих функций в организме (ферменты, гормоны);

3. балластные вещества (накопление с возрастом в нервных волокнах, в клетках скелетных мышц и миокарда пигмента изнашивания, или липофусцина).

ЛЕКЦИЯ 2 Ядро клетки. Наследственный аппарат клеток человека.

1. Строение и функции ядра.

Ядро находится либо в центре клетки, либо смещено на периферию, его форма зависит от формы клетки. Обычно клетка содержит одно ядро, хотя бывают двуядерные клетки (печень) и многоядерные (остеокласты содержат до 100 ядер).

Важным показателем состояния клетки является ядерно-цитоплазматическое соотношение, т.е. отношение объёма ядра к объёму цитоплазмы. Это отношение постоянно, когда оно изменяется (увеличивается объём ядра), клетка начинает делиться.

Ядро эукариотической клетки имеет собственную мембрану, отграничи­вающую его от цитоплазмы. Мембрана имеет 2 слоя – наружный и внутренний – между ними находится околоядерное (перинуклеарное) пространство, связанное с ЭПС.

Функции ядерной оболочки:

1. отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы

2. обеспечивает взаимодействие (обмен веществ) между ядром и цитоплазмой

Ядерная оболочка имеет отверстия – поры. Но они не сквозные, а заполнены специальными белками. Через поры из ядра в цитоплазму и наоборот осуществляется транспорт молекул крупных белков, молекул РНК и субъедиц рибосом. Сама же мембрана ядерной оболочки обеспечивает прохождение в обоих направлениях низко­молекулярных соединений (аминокислоты, сахара, ионы металлов, нуклеотиды, мелкие белки). Количество пор в оболочке ядра зависит от его активности, в клетке человека обычно имеется 3-4 тыс. пор.

Внутренняя мембрана ядерной оболочки имеет белковую подстилку, к которой крепятся хромосомы. Это обеспечивает их упорядоченное расположение.

Под мембраной находится ядерный матрикс, ядерный сок, ядрышко и хромосомы.

Ядерный матрикс – это сетчатая структура, состоящая из плотно упакованных нитей (фибрилл) белков. Ядерный матрикс является каркасом клетки.

Ядерный сок (кариоплазма) заполняет всё пространство клетки. Это бесцветная коллоидная слабокислая (рН = 6 – 6.5) масса. В основе ядерного сока лежат белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, минеральные соли. Кариоплазма осуществляет взаимосвязь всех ядерных структур.

Ядрышко – это округлый, уплотнённый, не ограниченный мембраной участок клеточного ядра диамет­ром 1-2 мкм и больше. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра: чем крупнее ядрышко, тем выше его активность. В ядре их может содержаться от 1 до 10, а в ядрах дрожжей они отсутствуют. В клетках человека ядрышки образуются в определённых участках хромосом № 13, 14, 15, 21, 22. Эти участки расположены в области вторичной перетяжки хромосомы и называются ядрышковым организатором или ядрышкообразующим районом, их 10 штук.

Функция ядрышек состоит в синтезе белка и р-РНК и последующей сборке рибосом.

Выделяют 4 типа рРНК: 18S, 28S, 5,8S, 5S. Гены, кодирующие синтез рРНК 18S, 28S, 5,8S находятся в ядрышкообразующих районах хромосом, а гены, отвечающие за синтез рРНК 5S, находятся в других участках хромосом. В ядрышке собираются обе частицы рибосомы, но выйдя из ядра, рибосома распадается на большую и меньшую субъединицы.

2. Наследственный аппарат клеток. Химическая и структурная организация хромосом.

Основное вещество ядра – хроматин. Он состоит из ДНК (~35%), белков (~65%) , а также углеводов, РНК, Мg²⁺ (менее 1%). Белковая часть хроматина представлена кислыми белками и оснОвными белками (гистонами). На гистоны приходится 80% от всех белков, и они играют важнейшую роль в хроматине. Выделяют пять классов гистонов: Н1, Н2А, Н2Б, Н3, Н4.

Т.к. гистоны являются осноОвными или щёлочными белками, они имеют положительный суммарный заряд (благодаря большому содержанию аминокислот лизина и аргенина, которые имеют по две аминогруппы, заряженные положительно). Суммарный заряд ДНК отрицательный (счет остатка фосфорной кислоты), поэтому белки прочно связаны с молекулой ДНК.

Перед митозом хроматин уплотняется за счет спирализации ДНК и приобретает определённую форму и размеры. Теперь он называется хромосомой. Хромосома – структурное образование, хроматин – химический экви­валент хромосом.

Структурная организация хромосом достаточно сложная.

В интерфазном ядре принято выделять 5 уровней структурной организации хромосом:

1) формирование нуклеосом. Белки гистоны H2A, H2B, H3, H4, (по 2 молекулы каждого) образуют остов нуклеосомы (катушку), вокруг этой основы ДНК делает примерно 2 витка (146 п.н.). Соседние нуклеосомы связываются гистоном H1, так образуется нуклеосомная нить. Диаметр нуклеосомной нити 11нм, размер молекулы ДНК уменьшается в 7 раз.

2) формирование соленоидоподобных фибрилл. Длина ДНК на этом уровне уменьшается в 50 раз.

3) формирование петель. Соленоидоподобные фибриллы складываются в петли. ДНК человека образует до 2.000 петель. Длина ДНК уменьшается в 1.000 раз. Эти три уровня спирализации ДНК происходят во время интерфазы.

4) формирование хроматид; петли ещё больше спирализуются, и диаметр хроматиды становится равным 700нм.

5) образование хромосомы за счёт объединения хроматид; диаметр хромосомы = 1400нм.

4 и 5 уровни спирализации ДНК происходит во время профазы митоза. В конечном итоге размер ДНК уменьшается в 10.000 раз.

Значение компактизации хромосом состоит в облегчении их перемещения в дочерние клетки во время митоза.

3. Характеристика ДНК. Молекулярное строение гена у прокариот и эука­риот.

Роль хранителя наследственной информации у всех организмов принадлежит ДНК. Эта кислота была открыта в 1869г. Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, но строение её было выяснено только в 1953г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. В своих исследованиях эти учёные опирались на данные рентгеноструктурного анализа молекулы ДНК и на установленное Э. Чаргаффом правило: в молекуле ДНК число пуриновых оснований строго соответствует числу пиримидиновых оснований.

ДНК – полимер, состоящий из десятков (или сотен) миллионов мономеров – дезоксирибонуклеотидов. В состав каждого дезоксирибонуклеотида входит азотистое основание, углевод (сахар дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты (фосфат). Нуклеотиды ДНК отличаются друг от друга основаниями. Различают пуриновые основания: аденин (А) и гуанин (Г) и пиримидиновые основания: цитозин (Ц) и тимин (Т). Нуклеотиды ДНК называются соответственно: адениловый, гуаниловый, цитидиловый, тимидиловый.

Нуклеотиды ДНК соединены последовательно в цепочку за счет фосфодиэфирных мостиков, образующихся между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего. Иначе говоря, остаток фосфорной кислоты связывает углеводы со­седних нуклеотидов.

Читать последовательность нуклеотидов в ДНК принято от пятого атома сахара к третьему атому. Поэтому в цепочке ДНК первым будет стоять 5' нуклеотид, а последним 3'нуклеотид. Поэтому полинуклеотидная цепь полярной.

ДНК – это две цепочки, закрученные вправо и антипараллельные (напротив 5' нуклеотида одной цепочки расположен 3' нуклеотид второй цепочки).

В каждой цепочке, основания которых обращены внутрь спирали и образуют пары таким образом, что (А) одной цепи всегда находится про­тив (Т) другой цепи, а (Г) – против (Ц). Между этими парами оснований образуются водородные связи: две меж­ду А и Т и три между Г и Ц. В каждом сочетании оба нуклеотида как бы дополняют друг друга, они комплементарны. Комплементарность – взаимное соответствие в химическом строении молекул, обеспечиваю­щее их взаимодействие. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку.

На один виток спирали ДНК приходится 10 нуклеотидных остатков. Т.к. расстояние между соседними нуклеотидами = 0,34 нм, шаг спира­ли составляет 3,4 нм.

Диаметр спирали – около 2 нм. Длина спирали может измеряться в метрах.

Описанное выше строение присуще В-форме ДНК (правозакрученной). А. Рич обнаружил существование левозакрученной ДНК, у неё ход цепей зигзагообразный, а не гладкий. Это Z-форма ДНК, она образуется во время кроссинговера.

4. Геном клетки.

В ДНК заложена вся наследственная (генетическая) информация. Структурно-функциональной единицей генетической информации является ген.

Ген – последовательнось нуклеотидов ДНК, которая содержит информацию о последовательности

аминокислот в полипептиде, либо о последовательности нуклеотидов какого-либо вида РНК (прежде всего рРНК и тРНК).

Геном – суммарная ДНК гаплоидного набора хромосом клеток организма. У разных организмов геном имеет различные размеры, т.е. разное количество нуклеотидных пар (А – Т, Г– Ц). Так у прокариот в геноме содержится до 8х10⁶ п.н., у эукариот – 10⁶ - 10¹¹ п.н.

Например, геном кишечной палочки содержит 4х10⁶ п.н., геном дрозофилы – 1,4х10⁸ п.н., а геном человека – 3,3х10⁹ п.н.

Одним из самых боль­ших геномов обладают хвостатые амфибии и двоякодышащие рыбы – примерно 120 пг (пикограмм) ДНК.

5. Молекулярное строение гена у эукариот. Уникальные гены и повторяющиеся последовательности на нити ДНК, их функциональное значение.

В процессе эволюции количество ДНК у эукариотических организмов возросло в 1000 раз, а количество генов увеличилось в гораздо меньшей степени. Например, у бактерий в единственной хромосоме содержится примерно 1.000 генов, а в геноме человека содержится 22-24.000 генов. Такое непомерное увеличение количества ДНК по сравнению с увеличением числа генов называется избыточностью ДНК.

В эукариотической клетке только 3% ДНК являются генами. Из них 1,2% генов кодируют структуру белков, и 1,8% генов кодируют РНК.

В силу избыточности ДНК у эукариотов в их геноме выделяют 3 класса последовательностей нуклеотидов:

1) редко повторяющиеся последовательности нуклеотидов (уникальные гены)

2) умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов

3) высоко (многократно) повторяющиеся последовательности нуклеотидов

Уникальные гены:

а) составляют 60-70% ядерной ДНК, это гены подавляющего числа белков клеток человека

б) встречаются один или несколько раз в геноме

в) представлены структурными генами и внутригенными некодирующими областями

Для уникальных генов характерно экзонно-интронное строение: кодирующий участок – экзон чередуется с не кодирующим участком – интроном. Экзон – это фактически ген. Количество экзонов в уникальном гене различно: от 1 до 364, но в среднем 8.

Умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов

а) составляют 10-15% ядерной ДНК

б) повторяются в геноме сотни и тысячи раз

в) представлены генами рРНК и белков гистонов

межгенный межгенный

кластер генов рРНК спейсер кластер генов рРНК спейсер

Многократно-повторяющиеся последовательности нуклеотидов

а) составляют 25-28% ядерной ДНК

б) повторяются в геноме сотни тысяч и миллионы раз

в) имеют размер от нескольких нуклеотидов до нескольких сотен

г) входят в состав структурного гетерохроматина

Предполагаемая роль многократно повторяющихся последовательностей:

а) узнавание гомологичных участков хромосом во время кроссинговера,

б) разделение структурных и регуляторных генов в кодирующих участках ДНК,

в) регуляция функции генов.

Прокариоты	Эукариоты
на гены приходится 90% ДНК	на гены приходится 30% ДНК
кодирующая область непрерывна (нет интронов)	экзон-интронная структура
ген следует за геном	кодирующая область составляет 3%
нет повторяющихся последовательностей	повторяющиеся последовательности есть (у человека до 50%)

6. Характеристика метафазных хромосом.

Хромосомы максимально спирализованы в метафазу митоза и их можно увидеть в световой микроскоп.

Каждая хромосома состоит из двух хроматид, кото­рые соединяются с помощью первичной перетяжки (центромеры). Центромера состоит из повторяющихся последовательностей нуклеотидов. Функции центромеры:

1. удержание хроматид

2. правильное выстраивание хромосом в метафазной пластинке

3. прикрепление хромосом к веретену деления

4. здесь находится участок, который контролирует переход клетки в стадию анафазы

В зависимости о положения первичной перетяжки выделяют следующие виды хромосом:

1. Метацентрическая (равноплечая) – центромера делит хромосому на два равных плеча

2. Субметацентрическая (умереннонеравноплечая) – центромера делит хромосому на два слабо неравных плеча

3. Очень субметацентрическая (выраженная неравноплечая) – центромера делит хромосому на два резко неравных плеча

4. 1

   2

   3

   4

   Акроцентрическая – одно плечо очень короткое

Иногда на одном из плеч хромосомы может находиться вторичная перетяжка, которая отделяет спутник. Такие хромосомы называются спутниковыми, у человека это хромосомы 13,14,15,21,22 пар. Область вторичной перетяжки называется ядрышковым организатором, т.к. здесь образуются ядрышки.

На концах хромосом содержатся теломеры, это участки ДНК человека от З'-конца образованные короткими тандемными повторами ТТАГГГ. За ними следуют более протяженные повторяющиеся последовательности, в которых содержится много тимина. Теломеры играют важную роль:

1. прикрепляют хромосому к ядерному матриксу

2. сохраняют целостность хромосомы (защищают ДНК от разрушающего действия ферментов)

3. обеспечивают прохождение репликации хромосом до конца

4. способствуют конъюгации гомологичных хромосом, а в дальнейшем кроссинговеру

5. удерживают сЕстринские хроматиды в метафазу мейоза

7. Характеристика и классификация хромосом человека.

Группа Номера хромосом Виды хромосом

А 1, 2, 3 большие метацентрические

В 4, 5 большие очень субметацентрические

С 6 – 12, Х средние субметацентрические

D 13, 14, 15 средние; акроцентрические, спутничные

E 16, 17, 18 малые: 16 –метацентрическая, 17 и 18 – субметацентрические

F 19, 20. малые метацентрические

G 21, 22, У малые; акроцентрические спутничные

Примечание:

1. хромосома 21 меньше, чем хромосома 22, хотя в кариограмме стоит впереди её

2. У- хромосома – это акроцентрическая хромосома, но не спутничная.

8. Характеристика гетерохроматина и эухроматина.

В интерфазных хромосомах выделяют менее спирализованные участки и более спирализованные участки.

Менее спирализованные участки хромосом плохо окрашиваются красителями. Они называются эухроматиновыми участками (или эухроматином), т.к. содержат активные гены. Меньшая спирализация эухроматина позволяет быстрее списывать с генов наследственную информацию.

Более спирализованные участки хорошо окрашиваются красителями и выглядят в световой микроскоп в виде глыбок. Эти участки хромосом называются гетерохроматиновыми участками (или гетерохроматином), они не содержат активных генов. Выделяют 2 вида гетерохроматина: структурный (или конститутивный) и факультативный.

Структурный гетерохроматин находится на концах хромосомы и в области центромеры. Он постоянно находится в спирализованном состоянии и выполняет структурную функцию.

Факультативный гетерохроматин. В клетках женского организма в норме находятся 2 «Х» хромосомы, но 1 «Х» хромосома находится в неактивном состоянии в виде гетерохроматина. В световой микроскоп в интерфазном ядре такая хромосома выглядит в виде плотного округлого тельца (тельце Барра или половой хроматин). Т.о. у женщин активна лишь одна половая хромосома, а вторая переходят в состояние гетерохроматина уже в зиготе (на 16 день после оплодотворения).

9. Определение кариотипа. Наследственный аппарат клеток человека. Кариотип человека, характеристика кариотипа человека в норме.

Кариотип – это диплоидный набор хромосом, свойственный соматическим клеткам организмов данного типа и характеризующийся определенным числом, строением и генным составом хромосом.

В кариотипе человека 23 пары хромосом. 22 пары хромосом одинаковы у мужчин и женщин, они называются аутосомами. Одна пара хромосом – половые хромосомы, у мужчин это хромосома Х и хромосома У, у женщин это две Х хромосомы.

Число хромосом в гамете, свойственное данному виду, называется гаплоидным (1n), а число хромосом, свойственное зиготе и соматическим клеткам, диплоидным (2n).

10. Идиограмма, принцип построения.

Рисунки или снимки хромосом, которые располагаются в порядке убывания их размера, носят названия кариограмм или идиограмм.

Хромосомы изучают на стадии метафазы митоза (метафазная пластинка), когда они максимально спирализованы и хорошо видны в световой микроскоп.

Для исследований у человека берут лейкоциты крови, а затем лейкоциты обрабатывают специальными веществами, которые запускают митоз (митогенами). Через 48 часов клетки будут на стадии метафазы, и деление останавливают с помощью веществ, которые разрушают нити веретена деления (колхицин). Затем производят дифференциальное окрашивание хромосом – используют специальные красители, которые избирательно поглощаются определёнными участками хромосомы. При микроскопировании хромосом они выглядят полосатыми, более сильно окрашенные участки хромосом называются районами, или бэндами.

Обозначение локализации гена: 1p3₁ : – хромосома 1, короткое плечо, район 3, бэнд 1.

Ген находится в первой хромосоме, в её коротком плече, в третьем районе, в первом бэнде.

Или: ген локализован в первом бэнде района 3 короткого плеча третьей хромосомы.

ЛЕКЦИЯ 3 Временная организация клеток. Митотический цикл. Размножение.

1. Закономерность существования клетки во времени. Клеточный цикл, его периодизация.

Все клетки имеют определенный жизненный цикл. Это период с момента появления клетки из материнской, до собственного деления или гибели.

В жизненном цикле делящихся клеток выделяют:

пролиферативный (митотический) цикл, в это время клетка делится

период покоя – клетка выбирает: пойдет она по пути специализации или по пути деления.

период выполнения клеткой специальной функции

2. Митотический цикл, определение, характеристика периодов.

Митотический цикл – это совокупность процессов, которые происходят в клетке при подготовке к делению и в процессе самого деления. В митотическом цикле выделяют: интерфазу (фазу авторепродукции) и митоз (фазу распределения генетичес­кого материала).

3. Интерфаза, ее сущность, деление на периоды, их характеристика.

Интерфаза – это период подготовки клетки к делению, она составляет до 90% времени митотического цикла. В это время в ядре происходит активная работа генов.

Интерфаза состоит из 3х периодов.

• период G₁ – постмитотический период или пресинтетический. Он занимает 30-40% времени интерфазы.

• период S – синтетический период. Он занимает 30% времени интерфазы.

• период G₂ – постсинтетический или премитотический и составляет 20-30% времени интерфазы.

Период G₁ (2n2c → 2n4c) в клетке синтезируются все виды РНК, белки, достраиваются необходимые органоиды, т.е. клетка увеличивается в объеме. Происходит накапливание предшественников нуклеотидов (дезоксирибонуклеозиддифосфат или дезоксирибонуклеозидтри-

фосфат), из которых будет синтезироваться ДНК. В этом периоде клетки могут находиться часы, дни и годы. Чтобы клетка перешла в S-фазу, она должна пройти точку рестрикции.

Предполагают, что в этот момент в клетке накапливается особый пусковой (тригерный) белок, который поступает из цитоплазмы в ядро и активирует гены, запускающие удвоение ДНК и деление клетки. В конце G₁ периода начинается удвоение центриолей клеточного центра.

Период S (2n2c → 2n4c) продолжается синтез РНК, белков. Самое важное событие – это удвоение ДНК (репликация ДНК).

4. Репликация ДНК, характеристика ее этапов. Авторепродукция хромосом

Репликация ДНК, это сложный ферментативный процесс, который протекает в ядре клетки и требует расхода АТФ.

Репликация ДНК обеспечивается 400 генами и основывается на нескольких принципах:

• комплементарность

• антипараллельность

• полуконсервативность

• двунаправленность от одной точки

В репликации участвует такие ферменты как геликаза, ДНК полимераза, лигаза.

При репликации каждая цепь исходной ДНК является матрицей для синтеза новой цепи. На матрице из соответствующих нуклеотидов по принципу комплементарности синтезируется новые цепи. Участок ДНК, где начинается и происходит репликация, называется репликоном. В репликоне происходят такие процессы как инициация, пролонгация и терминация репликации. Репликон имеет специальные последовательности, которые регулируют репликацию. К ним относятся точки инициации (origin) – от фазы G₁ к фазе S – и точки терминации.

Зона начала репликации называется репликационная вилка. В этом месте фермент геликаза разрывает водородные связи между двумя цепями ДНК. У эукариот на одной хромосоме может быть до 100 вилок, а на весь кариотип примерно 50.000. Репликация начинается в одной точке, но идёт в двух направлениях, поэтому образуется глазок.

ДНК полимераза синтезирует новые цепи ДНК. Фермент ДНК полимераза всегда двигается только в направлении 5'→3'. С другой стороны две цепи ДНК антипараллельны. Поэтому синтез на одной цепи (5'→3') идёт непрерывно и быстро – это лидирующая цепь, или ведущая. Другая новая цепь ДНК синтезируется в виде отдельных фрагментов (но всё равно синтез идёт в направлении 5'→3'). Эта цепь называется отстающей, а фрагменты называются фрагменты Оказаки, они включают в себя у эукариот 200-400 нуклеотидов (у кишечной палочки – 1.000 нуклеотидов). Затем эти фрагменты сшиваются ферментом лигазой. Т. о., рост цепи идёт в одинаковом направлении, а синтез дочерних цепей – в противоположном.

Начало синтеза дочерних нитей ДНК требует предварительного образования затравки (праймера). Праймер – это короткий фрагмент РНК (10 рибонуклеотидов, имеющих свободный 3'-ОН-конец), который собирается ферментом РНК-праймазой. Когда синтез доходит до следующего фрагмента Оказаки, праймаза "откусывает" затравку и соединяет фрагменты. Очень редко возникают ошибки репликации, когда в новую цепь включается не характерный нуклеотид. Это фактически мутация, она устраняется той же праймазой, которая "откусывает" чужой нуклеотид и заменяет его нужным нуклеотидом.

В результате репликации из одной молекулы ДНК образуются 2 молекулы, в каждой молекуле одна цепь старая, другая – новая. Такой способ репликации называется полуконсервативным.

В синтетический период параллельно репликации происходит активный синтез белков гистонов, ибо они входят в состав хромосомы.

В результате перед вступлением в период G₂ каждая хромосома состоит из двух сЕстринских хроматид.

Период G₂ (2n4c) продолжается синтез всех видов РНК, белков, АТФ, накапливается белок тубулин, заканчивается удвоения центриолей клеточного центра.

Митоз (кариокинез, или фаза распределения генетического материала) – непрямое деление клетки.

5. Фазы митоза, их характеристика

Профаза (2n4c).

Клетка округляется, вязкость цитоплазмы увеличивается. Ядрышки разрушаются., они размещаются на внутренней поверхности ядерной оболочки.

Центриоли расходятся к разным полюсам клетки, между ними натягиваются непрерывные нити. Основу нитей составляют микротрубочки, состоящие из белка тубулина. Так образуется биполярное веретено деления.

Прометафаза (2n4c).

Разрушается ядерная оболочка и окончательно спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме. В области центромеры каждой хромосомы с обеих сторон формируются особые структуры – кинетохоры, это слоистые структуры, состоящие из белков. От кинетохоров отходят кинетохорные или прерывистые нити веретена деления (20-40 штук). Хромосомы под действием прерывистых нитей, которые скользят вдоль непрерывных нитей веретена деления, постепенно перемещаются к экватору.

Метафаза (2n4c).

Хромосомы выстраиваются на экваторе так, что их центромеры находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси веретена деления. Образуется метафазная пластинка.

Анафаза (2n4c → 4n4c).

В начале анафазы каждая хромосома состоит из двух сЕстринских хроматид, соединенных центромерой. Хроматиды удерживаются недореплицированной ДНК, которая находится в области центромеры. В этот период происходит разделения центромер и кинетохоров каждой хромосомы. Сестринские хроматиды (или дочерние хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки. Перемещение хроматид обеспечивается нитями веретена деления, но что интересно: нити укорачиваются о центромер.

Телофаза (4n4c → 2n2c + 2n2c).

Начинается при достижении хроматидами (дочерними хромосомами) полюсов клетки. Происходит деспирализация хромосом, образуются ядрышки, ядерная оболочка, исчезает веретено деления, происходит деление цитоплазмы (цитокинез). Цитокинез (он начинается ещё в анафазу) состоит в перешнуровке клетки от переферии к центру. Из одной материнской клетки образуются две совершенно одинаковые (идентичные) дочерние клетки.

Митоз протекает с большой точностью: может возникнуть одна ошибка на 100.000 делений.

Биологическое значение митотического цикла состоит в обеспечении преемственности хромосом в ряду клеточных поколений, образовании клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации.

Изменение наследственного материала в митотическом цикле.

Фаза митоза Генетическая формула

Профаза 2n4c

Прометафаза 2n4c

Метафаза 2n4c

Анафаза 2n4c → 2n2c (на полюсах клетки)

Телофаза 2n2c + 2n2c (в дочерних клетках)

n – количество хромосом, с – количество молекул ДНК.

6. Механизмы регуляции митотической активности.

В многоклеточном организме количество клеток в тканях и органах должно быть постоянным. Это свойство организма обеспечивают два процесса: пролиферация (деление клеток многоклеточного организма) и апоптоз – генетически запрограммированная гибель клеток. Оба процесса регулируются на четырёх уровнях.

В настоящее время выделяют четыре уровня регуляции пролиферации.

• внутриклеточный уровень – регулирующими факторами являются ионы Са²⁺, циклические нуклеотиды (циклический АМФ, и циклический ГМФ).

• внутритканевой уровень – регулирующими факторами являются кейлоны – это пептиды, подавляющие (ингибирующие) пролиферацию. Противоположным действием обладают антикейлоны.

• межтканевой уровень – в качестве регуляторов выступают лимфокины (выделяются лимфоцитами), среди которых выделяют как активаторы, так и ингибиторы.

• организменный уровень обеспечивается гормонами, нейромедиаторами, нейросекретами и белками плазмы крови.

Роль теломер и теломеразы в пролиферации клеток. “Предел Хейфлика”.

Для репликации ДНК необходима РНК-затравка, которая располагается на конце хромосомы. Участок под РНК-затравкой не реплицируется. Следовательно, при каждой репликации концы и материнской, и дочерней молекул ДНК укорачиваются, в среднем, на 50 нуклеотидов. Когда теломеры почти иссякнут или утратятся полностью, хромосомы становятся липким и со­единяются с другими хромосомами, образуя немыслимые конфигурации. Деление клетки стано­вится невозможным.

В концевой недорепликации ДНК (маргинотомия) видят причину явления, названного "пределом Хейфлика". Л. Хейфлик (1975г) обнаружил, что клетки человека в культуре имеют ограниченную способность к пролиферации. Так фибробласты делятся 50-70 раз, а потом концы хромосом слипаются и деление становится невозможным.

Однако некоторые клетки (клетки зародышевых линий, стволовые, раковые) способны восстанавливать теломеры. В этих клетках имеется фермент теломераза, который обеспечивает достройку недореплицированных участков ДНК.

7. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

Избыточная пролиферация клеток приводит к развитию доброкачественных или злокачественных опухолей. Недостаточная пролиферация клеток приводит к атрофии тканей (органа), или долгом заживление раны. В первом случае необходимо подавить пролиферацию, во втором – ускорить её. Но чтобы это сделать, необходимо знать механизмы регуляции клеточной пролиферации.

8. Эндомитоз и политения, их значение. Прямое деление клетки – амитоз.

В ходе эволюции, на основе митотического цикла сформировались процессы, которые приводят к увеличению количества наследственного материала в клетке. А это приводит к увеличению количества генов и к повышению активности обменных процессов в клетке. К таким процессам относят эндомитоз и политению.

Эндомитоз – удвоение ДНК клетки, сопровождающееся кратным увеличением количества хромосом (4n4c). Механизм эндомитоза: в интерфазу происходит репликация ДНК, число хромосом увеличивается в несколько раз (иногда в десятки раз), но деления цитоплазмы и всей клетки не происходит. Это приводит к возникновению полиплоидных клеток. Эндомитоз характерен для интенсивно функционирующих клеток (у человека клетки печени).

Политения заключается в кратном увеличении содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества (2n4c). При этом хромосомы становятся очень толстыми (политенные хромосомы в клетках слюнных желёз дрозофилы).

Амитоз – прямое деление клетки. Амитоз характерен для прокариот, у многоклеточных организмов он описан для стареющих и больных клеток. При амитозе веретено деления не образуется (ядро делится путем перетяжки), поэтому равномерного распределения наследственного материала не происходит. Нередко ядро делится без последующего разделения цитоплазмы, и образуются двухъядерные клетки. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель, например в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.

9. Размножение. Классификация его форм и способов.

Способность к размножению является неотъемлемым свойством живых существ. С его помощью сохраняются во времени биологические виды и жизнь как таковая. Биологическая роль размножения состоит в том, что оно обеспечивает смену поколений. Различия, закономерно проявляющиеся в фенотипах особей разных поколений, делают возможным естественный отбор и, следовательно, эволюцию жизни. Последнее связано с тем, что при размножении осуществляется передача в ряду поколений генетического материала (ДНК), т.е. определенной, специфичной для данного вида биологической информации.

Существует два способа размножения организмов – бесполое и половое.

Бесполое раз­множение осуществляется в следующих формах:

1. Деление надвое (простейшие).

2. Множественное деление (малярийный плазмодий) – сначала много­кратно делится ядро, а затем вокруг каждой частицы ядра образует­ся участок цитоплазмы.

3. Почкование (кишечнополостные).

4. Фрагментация – распад организма на части, которые превраща­ются в полноценные организмы (иглокожие, плоские черви).

5. Вегетативное размножение осуществляется за счет группы соматических клеток растения (листья, корни, побеги и их видоизменения).

6. Спорообразование. Спора – специализированная клетка, имеющая приспособ­ления для перенесения неблагоприятных условий.

Половое размножение осуществляется с помощью специализирован­ных клеток (гамет): яйцеклеток и сперматозоидов.

10. Сущность полового размножения

Для всех способов бесполого размножения характерна одна черта – источником наследственной информации служит одна клетка или груп­па клеток одного родителя. Это ведёт к образованию копии материн­ского организма. Дочерние особи генетически однообразны, их фено­типы почти одинаковы, поэтому в такой группе особей естественный отбор малоэффективен. Преимущество бесполого размножения состоит в его простоте: не нужно находить партнера; потомство может оставить любая особь и в любом месте; удачные мутации не теряются, а вос­производятся в каждом поколении.

При переходе к половому размножению эти преимущества утрачива­ются. Однако в результате оплодотворения происходит комбинирова­ние признаков мужских и женских организмов, чем обеспечивается генетическое разнообразие потомства. Возникает новый неисчерпае­мый источник наследственной изменчивости, который делает естественный отбор эффективным. Появление полового размножения – важное эволюцион­ное событие. Оно придаёт популяции пластичность, что особенно не­обходимо в изменчивой среде.

11. Биологические аспекты репродукции человека.

Способность к репродукции становится возможной после полового созревания. Признаком наступления полового созревания у человека являются первые поллюции у мальчиков и первые менструации ц девочек. Половая зрелость наступает у девушек в 16-18 лет, у юношей – в 18-20 лет. Способность к репродукции сохраняется у женщин до 40-45 лет, а у мужчин до старости, возможно в течение всей жизни.

Продукция гамет у мужчин и женщин различна: зрелый семенник непрерывно вырабатывает огромное количество сперматозоидов. Половозрелый яичник периодически (один раз в лунный месяц) выделяет зрелую яйцеклетку.

Во время полового акта во влагалище попадает 2-5мл спермы, которая содержит от 80 до 200 миллионов сперматозоидов. Однако в полость матки проникает всего несколько миллионов сперматозоидов, и лишь около 100 достигает верхней части маточной трубы. Здесь происходит оплодотворение, при этом только один сперматозоид сливается с яйцеклеткой (для восстановления диплоидного набора хромосом в зиготе).

Для человека характерен длительный детский (неполовозрелый) период онтогенеза и низкая плодовитость. Вследствие этого смена поколений происходит медленно.

ЛЕКЦИЯ 4 Половые клетки. Гаметогенез. Мейоз.

1. Морфофизиологическая характеристика яйцеклеток. Типы яйцеклеток.

Яйцеклетка – это крупная, округлая, неподвижная клетка. Размеры варьируют, диаметр у млекопитающих 100 – 200 мкм (микрометров). Это типичная эукариотическая клетка. В ней выделяют: оболочку, цитоплазму и гаплоидное ядро.

В цитоплазме находятся органоиды и включения в виде желтка. В желтке много белка и лецитина (сложный липид). В зависимости от количества и распределения желтка по цитоплазме выделяют следующие типы яйцеклетки.

1. Изолецитальные – желтка мало и он равномерно распределен в цитоплазме. Ядро в них располагается ближе к центру (черви, моллюски, ланцетник, млекопитающие).

2. Телолецитальные – желтка много и он находится на вегетативном полюсе клетки, а ядро будет на противоположном (анимальном) полюсе (рыбы, амфибии, птицы)

а) умеренно телолецитальные яйцеклетки содержат среднее количество желтка (осетровые рыбы, земноводные).

б) резко телолецитальные яйцеклетки содержат очень много желтка, занимающего почти весь объем клетки (пресмыкающиеся, птицы).

3. Центролецитальные – желтка много и он находится в центре клетки (насекомые).

Все яйцеклетки имеют плазматическую мембрану. Яйцеклетки многих животных кроме плазматической мембраны имеют дополнительные защитные оболочки.

Первичная оболочка, или желточная. Она образуется в результате жизнедеятельности самой яйцеклетки. У млекопитающих (в т.ч. у человека) её называют блестящей оболочкой или Zona pellucida. Она совмещает в себе первичную и вторичную оболочки.

Вторичная оболочка образуется в результате жизнедеятельности фолликулярных клеток, которые окружают яйцеклетку в яичнике.

Третичная оболочка образуется при прохождении яйцеклетки по яйцеводу. В яйцеклетке птиц это подскорлуповая и скорлуповая оболочки.

2. Морфофизиологическая характеристика сперматозоидов.

Сперматозоид человека (50мкм), состоит из головки, шейки, средней части и хвостика. Головка содержит ядро с ДНК, передняя часть головки содержит акросому. Это видоизменённый комплекс Гольджи, содержащий лизосому, которая выделяет ферменты для растворения оболочки яйцеклетки. В шейке содержатся две центриоли: одна (проксимальная) участвует в об­разовании веретена деления, а другая (дистальная) участвует в об­разовании оси хвоста. Средняя часть содержит митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией во время движения. Хвостик – органоид движения.

3. Процесс образования половых клеток (гаметогенез). Сперматогенез. Овогенез.

Гаметогенез – процесс образования половых клеток.

Он делится на сперматогенез – развитие мужских половых клеток – и овогенез – развитие женских половых клеток. В гаметогенезе выделяют 5 периодов: обособление, размножение, рост, созрева­ние и формирование.

1. Обособление – первичные половые клетки обособляются от соматических клеток. Однако, они содержат диплоидный набор хромосом, их генетическая формула 2n2c.

2. Размножение – первичные половые клетки (сперматогонии или овогонии) делятся митозом. Задача этого периода увеличить число первичных половых клеток. Генетическая формула 2n2c.

3. Рост – сперматогонии и овогонии накапливают питательные вещества и увеличиваются в размерах. Теперь они называются сперматоциты I порядка и овоциты I порядка. В конце периода происходит репликация хромосом (2п2с  2n4с).

4. Созревание (мейоз) – происходит два последующих деления, между которыми нет интерфазы, и, следовательно, нет удвоения ДНК. Набор хромосом в клетках уменьшается в два раза, а набор хроматид уменьшается в 4 раза (мейоз I: 2n4с1n2с, мейоз II: 2n2с1n1с).

5. Формирование – клетки приобретают специфическое строение, обеспечивающее выполнение их функции. Этот период характерен только для сперматогенеза.

Отличия овогенеза от сперматогенеза

СПЕРМАТОГЕНЕЗ ОВОГЕНЕЗ

	Размножение сперматогоний начинается в эмбриональный период и продолжается до конца периода половой зрелости.	Размножение овогоний начинается и заканчивается в эмбриональный период.
	Рост и созревание сперматозоидов происходит постоянно по достижении периода половой зрелости.	При овогенезе рост и первые стадии мейоза 1 происходят в эмбриогенезе. Мейоз 1 останавливается на стадии диплотены. Т.к. она растягивается во времени, её называют диктиотеной. С наступлением периода полового созревания, циклично 1 раз в месяц, 1 клетка заканчивает мейоз 1, и на стадии метафазы мейоза 2 происходит овуляция, т.е. выход яйцеклетки из яичника. Мейоз 2 заканчивается после оплодотворения.
	В период роста сперматоциты 1 порядка меньше.	В период роста овоциты 1 порядка крупнее сперматоцитов.
	Один сперматоцит 1 порядка дает начало четырём сперматозоидам одинакового размера.	Один овоцит 1 порядка дает начало одной крупной яйцеклетке и трём мелким полярным (направительным) тельцам, которые погибают.
	Есть период формирования	Нет периода формирования

4. Мейоз. Цитологическая и цитогенетическая характеристика.

Мейоз – это два последовательных деления клетки, приводящие к уменьшению числа хромосом вдвое. Каждое деление мейоза включа­ет в себя 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Перед мейозом в конце периода роста происходит репликация ДНК, клетка имеет набор хромосом 2n4с.

Профаза I. Это самая продолжительная фаза мейоза I, во время которой происходят события, отличающие мейоз от митоза.

Профаза подразделяется на пять стадий, в неё вступают гаметоциты 1 порядка (2n4с)

1. лептотена – стадия тонких нитей. Начинается спирализация хромосом (хромосомы в световой микроскоп видны в виде нитей).

2. зиготена – стадия сливающихся нитей, гомологичные хромосомы отыскивают друг друга и объединяются. Этот процесс называется коньюгацией или синапсисом.

Механизм конъюгации:

В ДНК находятся многократно повторяющиеся последовательности, они обеспечивают точность прилегания гомологичных хромосом друг к другу по всей длине. Между гомологичными хромосомами образуется синаптонемальный комплекс из белков, он имеет вид верёвочной лестницы.

3. пахитена – стадия толстых нитей. Гомологичные хромосомы спирализованы и расположены близко друг к другу. Пару гомологичных хромосом называют – бивалент хромосом, или тетрада хроматид. Затем в определенных участках гомологичных хромосом происходит кроссинговер: перекрест гомологичных хромосом и обмен участками. При кроссинговере происходит разрыв двойной спирали ДНК, в одной отцовской хроматиде и одной материнской хроматиде, образовавшиеся участки соединяются наперекрест.

Этот процесс обеспечивается рекомбинационными узелками, которые располагаются вдоль синаптонемального комплекса (в них находятся ферменты, которые участвуют в кроссинговере). В одной точке в кроссинговер вступают 1 и 3 хроматида, а в другой – 2 и 4 хроматиды. В одной хромосоме может происходить 2-3 кроссинговера.

В конце пахитены синаптонемальный комплекс разрушается.

4. диплотена – стадия двойных нитей. Т. к. синаптонемальный комплекс разрушен, гомологичные хромосомы начинают отходить др. от др. Но они остаются связанными в точках кроссинговера. Эти участки хромосом называются хиазмы.

5. диакинез – хиазмы сдвигаются на концы хромосом, поэтому гомологичные хромосомы образуют кольцо.

Кроме того, в профазу1 центриоли расходятся к разным полюсам клетки – образуется веретено деления. Разрушаются ядрышки, ядерная оболочка. В области центромеры с одной стороны каждой хромосомы образуются кинетохоры, от них отходят кинетохорные нити.

Метафаза 1. Конъюгированные хромосомы (биваленты) располагаются по эква­тору клетки, образуя метафазную пластинку. Заканчивается формиро­вание веретена деления. В отличие от митоза нить веретена от каждой хромосомы направлена только к одному из полюсов. Это происходит потому, что из-за конъюгации каждая хромосома имеет только один кинетохор.

Анафаза 1. Гомологичные хромосомы, состоящие каждая из 2-х хроматид, отходят к противоположным полюсам. Расходятся хромосо­мы, а не хроматиды, т.к. центромера не делится, а хромосомная нить веретена тянется лишь к одному полюсу. Очень важно, что рас­хождение гомологичных хромосом происходит случайным образом. Поэ­тому к каждому полюсу отходит случайное число отцовских или ма­теринских хромосом. На каждом полюсе находится в 2 раза меньше хромосом, чем было их в клетке до начала деления. Причем эти хромосо­мы качественно другие: большая часть каждой хромосомы – исходная хромосома; меньшая часть представлена заменённым участком гомологичной хромосомы. Так как гомологичные хромосомы – это отцовская и материнская хромосомы, можно сказать, что в результате кроссинговера образу­ются комбинированные хромосомы. В них содержатся новые комбина­ции отцовских и материнских генов, которые будут служить материалом для эволюционного процесса.

Tелофаза I – образуются 2 клетки (сперматоциты II-го порядка, овоциты II-го порядка) с набором 1n2с. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка, исчезает веретено деления, делится цитоплазма (цитокинез). Так как набор хромосом уменьшается вдвое, первое мейотическое деление называется редукционным.

После короткой интерфазы (интеркинез), во время которой не происходит репликации ДНК (т.к. отсутствует S-фаза), наступает мейоз II. Он называется эквационным, или уравнительным.

Мейоз II напоминает митоз, но особенность в том, что набор хро­мосом клеток, вступающий в мейоз II гаплоидный, и расходящиеся хроматиды содержат новую комби­нацию генов по сравнению с хроматидами исходной клетки.

Итак, при сперматогенезе и овогенезе из одной исходной диплоидной клетки (2n4с) образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (1n1с), причем эти хромосомы содержат новую комбинацию генов.

Общая характеристика половых клеток, или гамет.

• в ядре гамет находится гаплоидный набор хромосом, генетическая формула гамет: 1n1c (23 хромосомы и 23 молекулы ДНК).

• биохимические процессы в гаметах протекают очень медленно, яйцеклетки вообще находятся в состоянии близком к анабиозу.

• не вступают в процесс деления в отличие от соматических клеток.

• ядерно-цитоплазматический индекс гамет другой, чем у соматических клеток. Ядерно-цитоплазматический индекс равен отношению объёма ядра к сумме объёма цитоплазмы и объёма ядра

5. Биологическое значение и генетический смысл мейоза.

1. мейоз обеспечивает постоянный для каждого вида организмов набор хро­мосом и постоянное количество ДНК. Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшение числа хромосом, то в каждом следующем по­колении после оплодотворения число хромосом возрастало бы в 2 ра­за. Благодаря мейозу, зрелые гаметы получают гаплоидное число хромосом, а при оплодотворении восстанавливается свойственное данному виду диплоидное число хромосом;

2. мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет. Это достигается, благодаря двум явлениям: кроссинговеру и независимому расхождению мужских и женских хромосом в мейозе - I и хроматид в мейозе - II. Эти явления лежат в основе комбинативной изменчивости, поставляющей материал для естественного отбора.

ЛЕКЦИЯ 5 Законы Г. Менделя.

1. Наследственность и наследование, их сущность.

Генетика – наука о закономерностях наследственности и из­менчивости.

Наследственность – способность родительских форм передавать при размножении свои признаки потомству. Наследственность консервативна, она сохраняет уже возникшие черты и свойства организмов на протяжении многих поколений. Материальной основой наследственности является наличие генов в хромосомах и закономерности поведения их в про­цессе гаметогенеза и размножения.

Наследование – это способ передачи наследственных признаков в ряду поколений. Наследование является внешним проявлением наследственности и именно с явлением наследования тех или иных признаков имеет дело врач.

2. Ген как единица функционирования наследственного материала.

Современная генетика рассматривает ген как единицу функционирования наследственного материала. Это означает, что передача генов в ряду поколений обеспечивает наследование потомками признаков родителей.

Ген – последовательнось нуклеотидов ДНК, которая содержит информацию о последовательности

аминокислот в полипептиде, либо о последовательности нуклеотидов какого-либо вида РНК (прежде всего рРНК и тРНК).

Формула функции гена: ДНК (ген) РНК белок (признак)

Признак определяется специфичностью белка, а специфичность белка определяется первичной структурой белка.

3. Свойства генов: стабиль­ность, аллельное состояние, специфичность, дискретность.

Стабиль­ность. Гены в ряду поколений не изменяются.

Аллельное состояние. Аллельные гены – это гены, которые находятся в одинаковых локусах гомологичных хромосом. Они отвечают за развитие альтернативных признаков (за разное выражение данного признака).

Специфичность – один ген отвечает за развитие одного признака.

Дискретность – за развитие разных признаков отвечают разные гены, находящиеся в разных хромосомах.

Примечание.

Эти свойства генов были описаны в самом начале 20в в рамках представлений классической генетики.

4. Понятие о гомозиготности и гетерозиготности.

Организмы с одинаковыми аллелями одного гена называются гомозиготными, или гомозиготами. Гомозигота может быть доминантной (АА) или рецессивной (аа). Организмы, имеющие разные аллели одного ге­на: один доминантный, другой рецессивный, называются гетерозиготными, или гетерозиготами (Аа).

В результате мейоза гомологичные хромосомы, а с ними и аллельные гены расходятся в разные гаметы. Так как у гомозиготной особи оба аллеля оди­наковы, она образует один тип гамет. Гетерозиготная особь образует 2 типа гамет – один тип с доминантным аллелем, другой – с рецессивным аллелем

5. Гибридологический анализ – основной метод генетики.

Основ­ной метод, используемый Г. Менделем, – гибридологический. Гибрид – особь, полученная в результате полового размножения. Так как потомок сочетает признаки обоих родителей, то по наличию у него определённых признаков можно судить о наличии у его родителей соответствую­щих генов. Г. Мендель использовал гибридологический метод в отличие от своих предшественников при соблюдении следующих условий:

1. в каждом поколении вёлся учёт по каждой паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков без учёта других различий скрещивае­мых организмов. Таким образом, Г. Мендель решал задачу с одним неизвестным, а его предшественники решали задачу со многими неизвестными, т.к. учитывали наследование всей совокупности признаков организма;

2. проводился строгий количественный учёт гибридов, различающихся по отдель­ным парам альтернативных признаков, в ряду последовательных поколе­ний;

3. проводился индивидуальный анализ потомства от каждого гибридного организма.

6. Открытие Г. Менделем законов независимого наследования. Моногибрид­ное скрещивание. Единообразие гибридов первого поколения.

Единообразие гибридов первого поколения было установлено при моногибридном скрещивании гороха, т.е. скрещивания, при котором изучалось наследование одного признака – цвета горошин. Горошины могли иметь либо жёлтый, либо зелёный цвет (это альтернативные признаки).

Горох – самоопыляемое растение, причем опыление происходит в бутоне. Это устраивало Г. Менделя, т.к. позволяло ему целенаправленно проводить скрещивание растений путём искусственного опыления. Он скрестил гомозиготные растения, имеющие зелёные и жёлтые семена. Независимо от того, какой цвет семян имело материнское растение, гибридные семена были жёлтыми. Таким образом, у гибридов первого поколения проявился признак только одного родителя. Это доминант­ный признак – жёлтый цвет семян; рецессивный признак – зелёный цвет семян – как бы исчезал.

Р АА х аа

Г

F₁ Аа, Аа, Аа, Аа

Итак, все потомки имеют одинаковый генотип, а т.к. фенотипически проявляется только доминантный аллель – все потомки имели семена только жёлтого цвета. Гибриды первого поколения единообразны по генотипу, а, следовательно, и по фенотипу. Можно так сформулировать правило единообразия: "При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтерна­тивных признаков, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по данному признаку будет единообразным".

7. Закон расщепления. Доминантность и рецессивность.

На следующий год Г. Мендель скрестил (самоопылением) гибриды первого поколения между собой. Осенью при подсчёте семян оказалось, что из 8023 семян 6022 были жёлтыми, 2001– зелёными, т.е. соотношение 3:1. Итак, во втором поколении проявляется признак зелёной ок­раски, и он присущ 1/4 части потомства. Такое явление Г. Мендель наз­вал расщеплением признаков и сформулировал закон расщепления:

"В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколе­ния, анализируемых по одной альтернативной паре признаков, наблюда­ется явление расщепления: 3/4 части особей второго поколения несёт доминантный признак, 1/4 часть – рецессивный".

Р Аа х Аа

Г

F₂ АА, Аа, Аа, аа

При скрещивании между собой гибридов второго поколения Г. Мендель обнаружил в их потомстве следующее: в потомстве зелёных семян (аа) расщепления не наблюдалось; 1/3 растений, выросших из жёлтых семян (АА), произвела только жёлтые семена; 2/3 растений, выросших из жёлтых семян (Аа), произвела жёлтые и зелёные семе­на в соотношении 3:1.

Таким образом, Г. Мендель впервые установил факт, свидетельствующий о том, что растения, сходные по внешнему виду, могут резко отличаться по наследуемым свойствам. Гомозиготы (АА) не давали расщепления, а гетерозиготы (Аа) давали расщепление по фенотипу в следующих поколениях в отношении: три части особей с доми­нантным признаком к одной части особей с рецессивным признаком.

Расщепление по генотипу сложнее: I часть доминантных гомозигот (АА); 2 части гетерозигот (Аа); I часть рецессивных гомози­гот (аа).

8. Закон чистоты гамет. Анализирующее скрещивание.

Для объяснения закона расщепления Г. Мендель выдвинул гипотезу «чистоты гамет». Её суть в следующем. Любой организм содержит в каждой соматической клетке два аллеля любого гена, расположенных в гомологичных хромосомах. В гаметах же содержится по одному аллельному гену. Это происходит потому, что гомологичные хромосомы при мейозе расходятся к разным полюсам делящейся клетки и попадают в разные половые клетки. Следовательно, гаметы имеют из пары гомологичных хромосом только одну, и, соответственно, только один аллельный ген. Таким образом, гаметы «чисты» от другого аллельного гена. Гибрид, полученный от слияния гамет, содержит оба аллельных гена, но фенотипически всегда проявляется лишь доминантный аллельный ген, а ре­цессивный ген проявляется только в гомозиготном состоянии.

Отсюда становится понятным, что из поколения в поколение гены передаются не меняясь. Иначе как объяснить, то во втором поколении после скрещивания растений с жёлтыми горошинами снова появились растения с зелёными горошинами.

Для доказательства гипотезы «чистоты гамет» Г. Мендель провёл ана­лизирующее скрещивание, т.е. скрещивание гетерозиготной особи и гомозиготной рецессивной особи. Г. Мендель рассуждал так: если гетерозиготная особь образует гаметы, в которых содержатся оба аллель­ных гена, всё потомство будет жёлтым:

Р Аа х аа

Г

F₁ Аааа

Если же аллельные гены попадают в разные гаметы, то в потомстве должно быть расщепление в соотношении: 50% особей с доминантным признаком и 50% с рецессивным признаком:

Р Аа х аа

Г

F₁ Аа, аа

Эксперимент подтвердил справедливость второго варианта: гетерозигота даёт два типа гамет. Следовательно, гипотеза «чистоты га­мет» верна. С открытием мейоза «гипотеза чистоты гамет» получила цитологическое подтверждение.

В настоящее время, анализирующее скрещивание использует­ся для установления гомозиготности или гетерозиготности организма по доминантному признаку. Известно, что рецессивный признак проявляется фенотипически только при гомозиготности рецессивного гена (аа), а доминантный признак проявляется как при гомозиготности доминантного гена (АА), так и при гетерозиготности (Аа). Анализирующее скрещивание заключается в том, что особь, генотип которой необходимо выяснить, скрещивается с особью, гомозиготной по рецессивному признаку. Полученные гибриды анализируются.

1 вариант 2 вариант

Р АА х аа Р Аа х аа

Г Г

F₁ Аа F₁ Аа, аа

Как видим из схемы, при анализирующем скрещивании в потомстве гомозиготной доминантной особи нет расщепления, гетерозиготная особь даёт расщепление в соотношении 1:1. Иначе говоря, наличие в потомстве первого поколения явления расщепления (даже если рецессивная особь всего одна) говорит о гетерозиготности организма по исследуемому признаку.

9. Дигибридное и полигибридное скрещивание. Закон независимого наследования признаков.

Дигибридное скрещивание – это скрещивание, при котором изучается наследование двух пар приз­наков, причем гены, контролирующие эти признаки, лежат в разных хро­мосомах.

• аллель (А) контролирует жёлтый цвет семян;

• аллель (а) контролирует зелёный цвет семян;

• аллель (В) контролирует гладкую форму семян;

• аллель (в) контролирует морщинистую форму семян.

Г. Мендель брал растения с семенами жёлтого цвета и гладкой формы и скрещивал их с растениями, дающими семена зелёного цвета и морщинистой формы. При скрещивании гомозиготных особей получилось единообразное по фенотипу потомство – все семена были жёлтые и гладкие.

Р ААВВ х аавв

Г

F₁ АаВв

Затем Г. Мендель скрестил гибриды первого поколения между собой (самоопыление). В их потомстве наблюдалось расщепление признаков: 9 частей семян жёлтых гладких,

3 части семян жёлтых морщинистых, 3 части семян – зелёных гладких и I часть семян – зелёных морщинистых.

Р АаВв х АаВв

Г

Для записи дигибридного скрещивания удобно пользоваться решеткой Пеннета:

	АВ	Ав	аВ	ав
АВ	ААВВ	ААВв	АаВВ	АаВв
Ав	ААВв	ААвв	АаВв	Аавв
аВ	АаВВ	АаВв	ааВВ	ааВв
ав	АаВв	Аавв	ааВв	аавв

Расщепление по фенотипу:

9 частей семян Ж.Г. : 3 части семян Ж.м. : 3 части семян з.Г. : I часть семян з.м.

Затем Г. Мендель проанализировал расщепление отдельно по каждому исследуемому признаку (окраска семян и форма семян). Оказалось, что по окраске на 3 части жёлтых семян пришлась I часть зелёных. По форме наблюдалось такое же расщепле­ние: 3 части гладких семян на I часть морщинистых.

Г. Мендель делает вывод: дигибридное скрещивание есть 2 моногибридных скрещивания, идущих независимо друг от друга. Математически это можно выразить так: (3+I)² = 9+3+3+1.

На основе этого вывода Г. Мендель формулирует закон независимого наследования: "Расщепление по каждой паре признаков идет независимо от других пар признаков".

10. Условия менделирования признаков. Менделирующие признаки человека.

У человека много признаков, которые при наследовании подчиняются законам Менделя. Такие признаки называются менделирующими признаками. Это могут быть как нормальные, так и патологические признаки.

Условия менделирования признаков.

1. гены отвечают за качественные признаки.

2. моногенное наследование (один ген контролирует проявление одного признака).

3. гены, отвечающие за развитие разных признаков, должны располагаться в разных хромосомах.

ЛЕКЦИЯ 6 Сцепленное наследо­вание признаков. Наследование признаков,

контролируемых генами Х- и У-хромосом человека.

1. Сцепленное наследование признаков. Хромосомы как группы сцепления генов.

Менделевский закон независимого наследования применим лишь к тем случаям, когда гены, определяющие исследуемые признаки, лежат в раз­ных хромосомах. Гораздо чаще мы сталкиваемся с явлением наследова­ния нескольких признаков, гены которых лежат в одной и той же хромосоме.

У человека 23 пары хромосом, а генов 22-24.000, следовательно, в одной и той же хромосоме находятся сотни генов. Гены, лежащие в од­ной хромосоме, образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно числу хромосом в гаплоидном наборе. Хромосомы человека образуют 23 группы сцеп­ления у женщин и 24 группы у мужчин (Y-хромосома образует отдельную группу сцепления). При мейозе гены данной группы сцепле­ния попадают в одну гамету. Значит, наследоваться они будут одним организмом.

2. Работы Т.Моргана по сцепленному наследованию признаков.

Сцепленное наследование изучал Т. Морган и его сотрудники. Т. Морган работал с дрозофилами – плодовыми мушками, которые быстро размножаются и неприхотливы к условиям содержания. Скрещивались гомозиготные мухи с серым телом (А) и длинными крыльями (В), с мухами, имеющими чёрное тело (а) и короткие крылья (в)

Р ААВВ х аавв

Г

F₁ АаВв

Все гибриды первого поколения имели серое тело и длинные крылья. Однако при скрещивании гибридов первого поколения Т. Морган не наблюдал явления независимого наследования признаков (как в опытах Г. Менделя). У него не получа­лось расщепления в отношении 9 частей мушек серых и длиннокрылых; 3 части мушек серых и короткокрылых; 3 части мушек чёрных и длиннокрылых; 1 часть мушек чёрных и короткокрылых (как в опытах Г. Менделя).

Для того, чтобы узнать, какие гаметы образуют гибриды первого поколения Т. Морган провёл анализирующее скрещивание. Сначала он скрестил гетерозиготного самца и рецессивную (следовательно, гомозиготную) самку. В потомстве ожидалось получить мух серых длиннокрылых, серых короткокрылых, чёрных длиннокрылых и чёрных короткокрылых, каждых по 25%.

Р АаВв x аавв

Г

с. д. с. к. ч. д. ч. к.

F₁ АаВв, Аавв, ааВв, аавв

25% 25% 2 5% 25%

Такое расщепление должно получиться согласно законам Г.Менделя. Однако при анализе гибридов Т.Морган обнаружил серых мух с длинными крыльями (50%) и чёрных мух с короткими крыльями (50%). Для объяс­нения этого явления Т. Морган предположил, что гены, контролирующие серую окраску и длинные крылья, лежат в одной и той же хромосоме. Аллельные им гены, контролирующие чёрное тело и короткие крылья, лежат в гомологичной хромосоме.

А В

Р АаВв x аавв

Г

а в

F₁ АаВв, аавв

50% 50%

серые чёрные

дл. кр. кор. кр.

Поэтому аллели (А) и (В) попадают в одну гамету, а аллели (а) и (в) в другую гамету, т.е. образуется 2 типа гамет, а не 4 как при независимом наследовании. Тогда и потомков во втором поколении будет 2 ти­па, а не 4. Следовательно, гены (А) и (В), а также (а) и (в) наследуются совместно, или сцеплено. Так как потомки, сочетающие признаки обоих родителей (серое тело, короткие крылья или чёрное тело, длинные крылья) отсутствуют, такое сцепление называется полным сцеплением.

3. Нарушение сцепления генов в хромосомах. Кроссинговер, его биологическая роль.

Когда Т. Морган скрестил гетерозиготную самку и гомозиготного ре­цессивного самца, в их потомстве наблюдалось расщепление. В процентном выражении это выглядело так:

41,5% серых длиннокрылых мух;

41,5% чёрных короткокрылых мух;

8,5% серых короткокрылых мух;

8,5% чёрных длиннокрылых мух.

Р АаВв х аавв

Г

с.д. с.к. ч.д. ч.к.

F₁ АаВв, Аавв, ааВв, аавв

41,5% 8,5% 8,5% 41,5%

Итак, Т. Морган не мог сказать, что расщепление идет по Г. Менделю (тогда бы доля каждого фенотипа равнялась 25%), но не наблюдалось и полного сцепления (тогда бы было всего два фенотипа, по 50% каждого). Числовые соотношения при этом скрещивании ближе к сцепленному наследованию. Поэтому такое насле­дование Т. Морган назвал неполным сцеплением.

Причину неполного сцепления Т. Морган объяснил явлением кроссинговера, а особи, сочетающие признаки обоих родителей (серое тело, короткие крылья и чёрное тело, длинные крылья) назвал кроссоверными. Таких мух было 17%. Кроссинговер сопровождает образование любой гаметы, но при образовании разных гамет он проис­ходит в разных участках данной пары хромосом. На участке, располо­женном между генами (А) и (В), кроссинговер происходит при образовании 17% гамет, поэтому и кроссоверных особей 17%.

На основании своих работ Т. Морган сформулировал закон:

"Сила сцепления генов обратнопропорциональна расстоянию между ними".

Из закона следует, что величина кроссинговера зависит от силы сцепления генов: чем сила сцепления генов больше, тем меньше величина кроссинговера. В настоящее время в генетике используется единица измерения расстояния между генами в хромосоме – морганида. Одна морганида рав­на 1% кроссоверных особей. Наличие в потомстве 50% и более кроссо­верных особей говорит о независимом (менделевском) наследовании признака.

Примечание

Кроссоверные особи не появлялись в потомстве гетерозиготных самцов дрозофилы, т.к. при сперматогенезе у них не происходит кроссинговер.

4. Картирование генов в хромосомах. Генетические и цитологи­ческие карты хромосом.

Изучение наследования сочетаний других признаков показало, что процент кроссоверного потомства для каждой пары признаков всегда один и тот же, но он различается для разных пар признаков. Это наблюдение стало основанием для заключения, что гены в хромосомах расположены в линейном порядке.

Генетические карты

Они строятся с учётом процента кроссоверных потомков. Чем ближе расположены два гена в хромосоме, тем меньше вероятность кроссинговера между ними, и, следовательно, меньше процента кроссоверных потомков. Больший процент рекомбинантных потомков в анализирующем скрещивании говорит о том, что гены расположены в хромосоме дальше друг от друга. Поэтому, определяя процент кроссоверных по различным признакам потомков, можно построить генетическую карту хромосомы.

За единицу расстояния и между генами принимается 1% кроссоверных особей, или 1 Сантиморганида.

Примечание

Если расстояние между генами больше 50 Сантиморганид, то говорят о независимом наследовании данного признака.

Генетические карты человека могут оказаться очень полезными в развитии медицины и здравоохранения. Уже в настоящее время знание о локализации гена на определённой хромосоме используется при диагностике ряда тяжёлых наследственных заболеваний человека. В будущем появится возможность для генной терапии, т. е. исправления структуры или функции гена.

Цитологические карты хромосом

Они показывают расположение генов в хромосоме как в цитологической структуре. При этом учитываются все гены, а не только гены, контролирующие признаки организма.

Цитологические карты составляются на основе дифференциальной окраски хромосом.

Механизм генетического определения и дифференцировки пола в разви­тии.

Диплоидный набор соматических клеток человека представлен 46 хромосомами или 23 парами хромосом. Из 46 хромосом 44 хромосомы (22 пары) одинаковы у мужского и женского организмов. Это аутосомы (обозначаются буквой А). Одна пара хромосом разная. Это половые хромосомы. У мужчин они представлены одной палочковидной хромосомой и одной хромосомой в ви­де крючка, напоминающего букву Y. Так эту хромосому и назвали, а вторую назвали Х-хромосомой. У женщин обе половые хромосомы палочковидные, т.е. Х-хромосомы. Тогда хромосомный набор соматичес­ких клеток можно представить так:

44 А + XX – клетки женского организма; 44 А + ХY – клетки мужского организма;

Хромосомный набор половых клеток выглядит так:

22 А + Х ; 22 А + Х – женские гаметы;

22 А + Х; 22 А +Y – мужские гаметы.

Следовательно, мужской пол продуцирует гаметы, отличающиеся по содержанию половых хромосом. Это гетерогаметный пол, женский пол – гомогаметный, т.к. продуцирует гаметы, содержащие одинаковые половые хромосомы.

Схема генетического определения пола человека (тип ХY). При этом типе наследования пола самец имеет одну Х-хромосому и одну Y- хромосому, а самка – две Х-хромосомы.

Р ХХ х ХY Р 44 + ХХ х 44+ ХY

Г

F₁ ХХ, ХХ, ХY, ХY F₁ 44+ХХ, 44+ХХ, 44+ХY, 44+ХY

ж ж м м ж ж м м

Генетический пол ребенка определяется в момент оплодотворения и зависит от содержания в сперматозоиде хромосомы X или У. Таким образом, пол потомка определяет гетерогаметный родитель. Так как Х-сперматозоидов и Y-сперматозоидов образуется одинаковое количество, то теоретически соотношение полов = 1:1.

Кроме рассмотренного типа наследования пола, существу­ют другие и типы.

Тип ХО, или тип (кузнечик, клопы).

При этом типе наследования пола самец имеет одну Х-хромосому, а самка – две Х-хромосомы.

Р

О – отсутствие половых хромосом, но не аутосом

ХХ х ХО

Г

F₁ ХХ , ХХ, ХО, ХО соотношение полов = 1:1, определяет пол потомков самец.

Тип Z W – самка гетерогаметна, а самец – гомогаметен (птицы, бабочки).

Р Z W х ZZ

Г

F₁ ZZ, ZW, ZZ, ZW соотношение полов = 1:1, определяет пол потомка самка.

Тип ♀ 2 n, ♂ 1 n, половые хромосомы отсутствуют (пчёлы, муравьи)

Этот тип наследования пола связан с явлением партеногенеза.

Вывод: у всех организмов, кроме размножающихся партеногенезом, наследование пола идет по менделевским закономерностям.

Переопределение пола.

Пол будущего организма определяется в момент оплодотворения, но формирование конкретного фенотипа во многом зависит от внешней среды. В природе и в эксперименте возможно переопределение пола.

В морях у червя Bonellia личинки не дифференцированы по полу. Если личинки свободно плавают в воде, то они превращаются в самок. Если личинки прикрепляются к хоботку самки, то они превращаются в самцов.

У крокодилов в зависимости от температуры инкубации яиц могут появляться или самцы или самки. При температуре инкубации 28-29⁰ С вылупляются самцы; при температуре инкубации 31-33⁰ С вылупляются самки.

Если курице вводить половые гормоны самца (или пересадить ей семенники), то вскоре у неё отрастут на лапах шпоры, увеличится гребень, она станет драчливой и будет топтать своих вчерашних подружек.

Из примеров, рассмотренных выше, следует, что генотип особи заключает в себе информацию о возможности формирования признаков того или иного пола, которая реализуется лишь при определенных условиях индивидуального развития. Изменение этих условий может стать причиной переопределения признаков пола. При этом у организмов разных видов относительное значение генетических и средовых факторов не одинаково: у одних видов определяющим фактором является среда, у других – наследственная программа.

5. Наследование признаков, контролируемых генами Х- и У-хромосом чело­века.

Х

1

2

3

Y

В половых хромосомах имеются гомологичные и негомологичные участ­ки:

1. участок Х-хромосомы, не имеющий гомолога в Y-хромосоме.

2. гомологичный участок Х и Y-хромосом;

3. участок Y-хромосомы, не имеющий гомолога в Х-хромосоме.

Наследование признаков, контролируемых генами Х- и У-хромосом чело­века называется наследованием, сцепленным с полом. В половых хромосомах находятся гены, которые отвечают за развитие как нормальных, так и патологических признаков.

Выделяют 3 типа наследования признаков сцепленных с полом.

1) тип Х Признаки, наследующиеся по этому типу, контролируются генами, которые лежат в участке Х-хромосомы, не имеющий гомолога в Y-хромосоме (гемофилия, дальтонизм, отсутствие потовых желез).

2) тип У (голандрический). Признаки, наследующиеся по этому типу, контролируются генами, которые лежат в У-хромосоме. Признак передается строго от отца к сыну (некоторые заболевания почек, волосатость ушной раковины – гипертрихоз, развитие половых желёз по мужскому типу).

3) тип ХУ Признаки, наследующиеся по этому типу, контролируются генами, которые лежат в гомологичных участках Х и Y-хромосом. Например, волчья пасть, заячья губа.

Пример: наследование гемофилии.

Это ре­цессивный признак, сцепленный с полом (с Х-хромосомой). Если женщина здорова, но в одной из Х-хромосом имеет ген гемофилии, она называет­ся носительницей (Х^Н Х^h). Она выходит замуж за здорового мужчину, но их дети (мальчики) могут быть больными.

Р Х ^H X^h x X^H Y

Г

F₁ X^H X^H , X^H X^h , X^H Y , X^h Y

Вероятность рождения в этом браке больных детей 25%, но в случае рождения мальчика вероятность повышается до 50%.

6. Хромосомная теория, основные положения.

Закономерности наследственности, открытые Г.Менделем, углубленные Т.Морганом и другими учёными, известны под общим названием: "хромосом­ная теория наследственности". Это учение о локализации генов в хромосомах, утверждающее, что преемственность свойств ор­ганизмов в ряду поколений определяется преемственностью их хромо­сом. Общие положения хромосомной теории наследственности:

1. гены находятся в хромосомах. Каждая пара хромосом есть группа сцепления генов. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хро­мосом.

2. каждый ген в хромосоме занимает определённый участок. Гены в хро­мосомах расположены линейно.

3. между гомологичными хромосомами может происходить кроссинговер и обмен аллельными генами.

4. частота кроссинговера пропорциональна расстоянию между генами. Чем дальше гены расположены друг от друга, тем кроссинговер меж­ду ними происходит чаще.

Хромосомная теория наследственности была подтверждена при изучении генетических механизмов опре­деления пола у животных и при изучении сцепленного наследования.

ЛЕКЦИЯ 7 Генотип и фенотип. Взаимодействие аллельных и неаллельных генов в детерминации признаков.

1. Генотип и фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации (генотипа) в определенных условиях среды.

Учение о генотипе и фенотипе создал в 1911 году голландский ученый Вильгельм Иогансон.

Совокупность генов клетки или организма, обуславливающих его развитие, называется генотипом. Генотип не механический набор не­зависимо функционирующих генов, а единая система взаимодействую­щих генов.

Совокупность признаков и свойств организма, формирующихся в про­цессе взаимодействия генотипа с внешней средой, называется феноти­пом. Пределы, в которых в зависимости от условий среды, меняются фенотипические проявления генотипа – норма реакции.

Другими словами фенотип – это результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Гены взаимодействуют на 2х уровнях:

- на уровне генов

- на уровне продуктов их функциональной активности, т.е. на уровне белков.

В качестве примера взаимодействия генов на уровне продуктов их функциональной активности рассмотрим синдром Морриса. При этом заболевании у больного мужской кариотип, но вторичные половые признаки совершенно не выражены и фенотип типично женский. У больного тестостерон (мужской половой гормон) синтезируется в достаточном количестве, но белок-рецептор, воспринимающий тестостерон, отсутствует. Два признака (синтез тестостерона и синтез белка-рецептора к нему) контролируются разными генами. Но взаимодействие в этом случае происходит не уровне самих генов, а на уровне продуктов их функциональной активности (т.е. на уровне белков). У больного синдромом Морриса взаимодействие невозможно, т.к. белок-рецептор отсутствует (произошла мутация в соответствующем гене).

Теперь клетки организма перестают воспринимать тестостерон. Но у мужчин в надпочечниках (и немного в семенниках) вырабатывается женский половой гормон – эстроген. Поэтому у больного развивается женский фенотип.

2. Взаимодействие аллелей в детерминации признаков: доминирование, промежуточное проявление, рецессивность, кодоминирование, межал­лельная комплементация. Аллельное исключение. Роль аллельных генов.

Пара аллельных генов "А" и "а " возникает в результате мутации гена дикого типа: А → а. Это прямая (или рецессивная) мутация, но возможна и обратная (доминантная) мутация: а → А.

Формы взаимодействия аллельных генов.

Доминантность и рецессивность.

Аллельный ген, который проявляется в признак, и его проявлению не мешает другой аллель данного гена – называется доминантным.

Аллельный ген, который не проявляется в признак в присутствии доминантного – рецессивный

Неполное доминирование.

Иногда у гетерозиготы признак занимает промежуточное положение между доминантным и рецессивным. В таком случае говорят о неполном доминировании или промежуточном проявлении признака.

Например: окраска цветков у ночной красавицы.

АА – красный, аа – белый, Аа – розовый.

У человека фенилкетонурия рецессивно наследуемое заболевание. Больные – рецессивные гомозиготы. Здоровые – доминантные гомозиготы.

Гетерозиготы фенотипически здоровы, но активность фермента, который отвечает за превращение аминокислоты в фенилаланин у гетерозигот 50%.

АА – 100%, аа – 0%, Аа – 50%

Кодоминирование.

Аллельные гены могут проявлять себя независимо друг от друга. Это означает, что их одновременное присутствие в генотипе приводит к развитию 2-х признаков, это явление называется кодоминированием.

Например: наследование 4 группы крови у человека, по системе АВО.

Аллель I⁰ рецессивен и по отношению к аллелю I^А, и по отношению к аллели I^В. Между собой аллели I^А и I^В кодоминантны, т.е. сов­местно доминирующие. В результате их взаимодействия появляется но­вый фенотипический признак – четвёртая группа крови.

Межаллельная комплементация.

Это редко встречающийся вариант взаимодействия аллельных генов (описана у некоторых дрожжей). В генотипе организма могут присутствовать два мутантных аллельных гена, в результате в клетке синтезируются две измененные полипептидные цепи. Затем эти полипептидные цепи взаимодействуют, и образуется четвертичная структура белковой молекулы. Эта структура практически ничем не отличается от структуры нормального белка, а значит, не изменяются и функции белка.

Аллельное исключение. У женщин две Х-хромосомы, но одна из них на 16 день внутриутробного развития спирализуется и превращается в тельце Бара. Не спирализованная Х-хромосома несёт рецессивный ген, который теперь не подавляется доминантным геном и проявляется в фенотипе организма. Таким образом, у гетерозиготного организма рецессивный ген проявляется в признак (гемофилия, дальтонизм).

Роль аллельных генов:

• наличие аллельных генов обеспечивает разнообразие фенотипов

• от состояния аллельных генов (доминантность-рецессивность, гомо- или гетерозиготность) может зависеть состояние здоровья или нездоровья целого организма (например, X^HX^H – здоровая женщина, X^HX^h - здоровая женщина, но носитель гена гемофилии, X^hX^h – больная женщина).

3. Множественные аллели. Наследование групп крови по системе АВО.

В результате ряда мутаций одного гена может возникнуть серия множественных аллелей.

А – ген дикого типа. А → А' → А'' → А'''.

О серии множественных аллелей говорят в том случае, если число членов сери равно трём или больше трёх. Наследование серии множественных аллелей подчиняется законам Менделя, т.к. :

– все аллели данной серии отвечают за развитие одного и того же признака.

– каждый член серии (кроме последнего) полностью или не полностью подавляет других членов этой серии.

– в диплоидном организме присутствуют только два члена серии множественных аллелей.

У человека по такому типу наследуются группы крови по системе АВО. Серия множественных аллелей включает 3 члена (I^O, I^A, I ^B), отвечающие за наличие агглютиногенов на поверхности эритроцитов. I^O – рецессивный ген.

I^A и I^B – доминантные гены.

Группы Генотипы Агглютиногены Агглютинины

I (0) I^OI^O Нет  и 

II (A) I^AI^A I^AI^O А 

III (B) I^ВI^В I^ВI^O В 

IV (AB) I^AI^В А и В Нет

4. Взаимодействие неаллельных генов. Эпистаз (доминантный и рецессив­ный).

Неаллельные гены это гены, находящиеся в негомологичных хромосомах или разных участках одной хромосомы и отвечающие за развитие разных признаков. Выделяют следующие формы взаимодействия неаллельных генов: эпистаз, комплементарность, полимерия.

Эпистаз – явление, при котором один ген подавляет действие другого НЕаллельного гена.

Ген, который подавляет действие другого неаллельного гена, называется эпистатическим.

Ген, действие которого подавляется, называется гипостатическим.

Эпистатический ген может быть доминантным и рецессивным, поэтому различают доминантный и рецессивный эпистаз.

Доминантный эпистаз.

При этом эпистатический ген проявляет своё подавляющее действие, как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии.

Например: желтая окраска тыквы обусловлена доминантным геном "А", а зеленая окраска – рецессивным генно "а". Но если в генотипе организма присутствует доминантный эпистатический ген "В" – то окраска у тыкв не развивается.

ААВВ, АаВВ, АаВв, ААВв, ааВВ – белая окраска (наличие эпистатика "В")

ААвв, Аавв – желтая окраска

аавв – зелёная окраска

Рецессивный эпистаз.

Рецессивный эпистатический ген проявляет своё действие только в гомозиготном состоянии. Он подавляет неаллельный ген, находящийся как в доминантном, так и рецессивном состоянии.

Например, бомбейский феномен: у женщины с первой группой крови родился ребёнок с четвёртой группой. На самом деле генотип женщины был не I⁰I⁰, а I^BI^O, но в другой хромосоме присутствовал в гомозиготном состоянии рецессивный эпистатический ген hh. Этот ген подавлял проявление гена "В", и фенотипически группа крови определялась как первая. Итак, генотип женщины I^BI^Ohh, а генотип её мужа I^АI^OНН (вторая группа крови). От этого брака и родились два ребёнка: с первой группой крови (I⁰I⁰Нh), и с четвёртой (I^А I^B Нh).

Рецессивный эпистаз также является причиной рождения альбиносов у африканских негров.

5. Комплементарность. Эффект положения.

Комплементарность (новообразование при скрещивании). Это такая форма взаимодействия неаллельных генов, когда признак развивается при одновременном присутствии в генотипе двух доминантных неаллельных генов. Каждый из этих генов не имеет самостоятельного проявления по данному признаку.

Например: нормальный слух у человека развивается в том случае, если в генотипе присутствует два доминантных неаллельных гена "А" и "В".

ААВВ, АаВв, ААВв, АаВВ – нормальный слух.

ААвв, Аавв, ааВВ, ааВв, аавв – глухота.

Эффект положения – взаимодействие неаллельных генов, обусловленное их положением в одной хромосоме. Гены, находящиеся рядом с данным геном, взаимодействуют с ним, при этом может изменяться фенотипическое проявление данного гена. Например, мобильные генетические элементы (прыгающие гены) могут оказаться рядом со структурным геном, и изменить его активность (повысить или понизить).

6. Полимерия. Полигенное наследование как механизм наследования коли­чественных признаков.

Полимерия – явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за развитие одного признака. Т.к. признак один и тот же, то эти гены обозначают одинаковой буквой, но с разными индексами: А₁А₂А_{3 ……}Аn.

Полимерия – это явление полигенной наследственности. По такому типу наследуются количественные признаки (рост, телосложение, цвет кожи, умственные способности). Чем больше доминантных генов, тем ярче выражен признак в фенотипе.

Так окраска кожи человека определяется четырьмя доминантными аллелями "Р": Р₁ Р₂ Р₃ Р₄ .

Генотип негра: Р₁Р₁Р₂Р₂Р₃Р₃Р₄Р₄

Генотип белокожего человека: Р₁Р₁Р₂Р₂Р₃Р₃Р₄Р₄

Генотип мулата: Р₁Р₁Р₂Р₂Р₃Р₃Р₄Р₄

7. Количественная и качественная специфика проявления генов в призна­ках: пенетрантность, экспрессивность, поле действия гена, плейотро­пия, генокопии.

Фенотипическое проявление гена в признак зависит от состояния генотипа и условий внешней среды.

Поэтому у одних организмов признак может быть ярко выражен, а у других этот же признак менее ярко выражен. В связи с этим в генетику вводится понятие экспрессивность и пенетрантность при характеристике фенотипического проявления генов.

Экспрессивность – это степень выраженности гена в фенотипе носителей данного аллеля. Это качественный показатель работы гена. Экспрессивность может быть полной или изменяющейся. Так у желтого гороха при ряде заболеваний окраска венчика выражена сильнее или слабее.

Пенетрантность – это степень проявления гена в признак. Это количественный показатель, он выражается в проценте особей, у которых данный ген проявляется в признак.

Поле действия гена.

Если поле действия гена широкое, то ген может отвечать за несколько признаков или отвечать за один признак, но влиять на проявление в фенотипе другого признака. Если поле действия гена узкое, то ген отвечает за один признак.

Плейотропия, или множественное действие гена.

Наряду с явлением взаимодействия генов есть много при­меров влияния одного и того же гена на проявление разных признаков.

У человека есть ген, определяющий рыжую окраску волос. Этот же ген обуславливает более светлую окраску кожи, а также появление веснушек. У больного болезнью Марфана (доминантный ген 15 хромосомы) отмечается совокупность аномалий, контролируемых одним и тем же геном: длинные, слегка согнутые пальцы, подвывих хрусталика, высокий свод стопы, впалая грудная клетка, хриплый голос и др. В основе множественного действия гена лежит его раннее проявление в онтогенезе.

Генокопии – это ряд сходных по внешнему проявлению признаков, которые обусловлены различными неаллельными генами.

Фенилкетонурия возникает при дефиците синтеза двух ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию превращения фенилаланина в тирозин. Синтез ферментов (фенилаланингидроксилаза и дегидроптеридинредуктаза) контролируется разными генами, а фенотипическое проявление болезни одинаковое.

Крыс до 50-х годов прошлого века успешно травили зоокумарином. В результате ряда мутаций у них появились 7 разных генов (7 генокопий), обеспечивающих устойчивость крыс к зоокумарину.

8. Общая характеристика генотипа человека.

В генотипе постоянно происходит:

• взаимодействие аллельных генов (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование, множественный аллелизм, межаллельная комплементация)

• взаимодействие неаллельных генов (эпистаз, комплементарность, полимерия)

• отмечается явление плейотропии и эффекта положения генов

Таким образом, мы можем сделать вывод, что генотип человека – это не россыпь отдельных генов, а целостная система взаимодействующих генов, которая сформировалась в ходе эволюции.

ЛЕКЦИЯ 8 Молекулярные основы наследственности.

1. Кодирование биологической информации в клетке. Кодовая система ДНК.

В 1953 году была расшифрована пространственная структура ДНК. Возник вопрос: если ДНК отвечает за наследственные признаки то, как закодирована в ДНК наследственная информация о признаках и свойствах организма, т.е. о белках.

В 1961 году Ф. Крик ввел понятие генетического кода и охарактеризовал его свойства.

Генетический код – это принцип записи наследственной информации о последовательности аминокислот в белке, через последовательность нуклеотидов в ДНК.

Генетический код обладает несколькими свойствами:

1. триплетность. Структура белка определяется последовательностью аминокислот. Последовательность аминокислот в белке кодируется последователь­ностью нуклеотидов в ДНК.

В состав белков организмов входят 20 аминокислот, а нуклеотидов всего четыре, следовательно, для кодирования всех аминокислот необходимо сочетание нуклеотидов. Пары нуклеотидов дадут возможность кодирования 16 (4²) аминокис­лот. Тройки нуклеотидов (триплет, или кодон) позволяют получить 64 (4³) комбинации, что достаточно для кодирования всех аминокислот.

2. вырожденность. Раньше считали, что каждая аминокислота кодируется своим кодоном, тогда получалось, что 44 кодона (64-20 = 44) являются лишними. Оказалось, что одним кодоном кодируются только две аминокислоты (метионин и триптофан), остальные кодируются 2,3,4,6 кодонами. Так аминокислоты лейцин, серин, аргинин кодируются шестью кодонами каждая. Такие кодоны называются кодоны – синонимы. Кодирование одной аминокислоты несколькими кодонами и есть вырожденность.

Всего в кодировании занят 61 кодон. Три кодона: АТТ, АТЦ, АЦТ кодируют не аминокислоты, а окончание записи информации о первичной структуре белка в молекуле ДНК (как точка в конце предло­жения). Это стоп – кодоны, которые являются последним кодонами гена. Когда стоп-кодоны перепишутся на и-РНК, они будут выглядеть так: УАА, УАГ, УГА. Теперь они будут означать окончание синтеза белка.

3. неперекрываемость – последний нуклеотид предыдущего триплета не явля­ется началом следующего триплета

4. без запятых – за одним кодоном идет следующий кодон, между кодонами нет промежутков и нет одиночных оснований

5. специфичность – каждый кодон кодирует только одну ами­нокислоту

6. универсальность – сущность кодирования одинакова от бак­терий до человека. Кроме ДНК мито хондрий и пластид, ресничных простейших и микоплазмы (бактерии, не имеющие клеточной стенки).

2. Реализация биологической информации в клетке. Транскрипция. Феномен сплайсинга.

Центральная догма биологии выглядит так:

транскрипция трансляция

ДНК РНК белок функция

процессинг

Транскрипция – синтез матричной (информационной) РНК на матрице ДНК.

Или: перенос генетической информации с ДНК на матричную РНК (мРНК)

Трансляция – декодирование мРНК, при этом информация с языка последовательности нуклеотидов переводится на язык последовательности аминокислот в белке.

Транскрипция это сложный процесс, который требует участия большого числа транскрипционных факторов и ферментов. Основной фермент транскрипции, называется РНКполимераза.

Особенности РНКполимераз:

1. основой РНКполимеразы являются нуклеотиды АТФ, ЦТФ, ГТФ и УТФ

2. РНКполимераза способна расплетать ДНК

3. для начала синтеза мРНК не требуется затравка

4. РНКполимеразы не имеет корректирующей активности (при синтезе мРНК она делает одну ошибку на 10⁴ оснований, при репликации ДНКполимераза делает одну ошибку на10⁷ оснований)

5. во время синтеза мРНК только часть молекулы спарена с ДНК.

Выделяют 3 этапа транскрипции: стадия инициации, стадия элонгации, стадия терминации.

І. Стадия инициации.

РНКполимераза связывается с промотором (специфическая последовательность нуклеотидов перед геном).

Промотор – регуляторная последовательность в 5' области гена, определяющая место прикрепления РНКполимеразы к ДНК. В промоторе имеется две последовательности, играющие важную роль в инициации транскрипции. Эти последовательности называются ТАТА-бокс и домен ЦААТ. С ними связываются специфические белки, после чего промотор отмечает для РНКполимеразы место начала транскрипции. Это место называется стартовая точка. Именно здесь РНКполимераза расплетает ДНК на участке длиной 10-20 нуклеотидов.

ІІ стадии элонгации (удлинения).

РНК-полимераза движется вдоль этого участка, синтезируя молекулу мРНК. Молекула мРНК собирается по принципу комплементарности из свободных нуклеотидов за счёт образования между ними диэфирных связей.

Ц_ДНК  Г _РНК

Г_ДНК  Ц_РНК

Т_ДНК  А_РНК

А_ДНК  У_РНК

ІІІ. Стадия терминации. Синтез РНК продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не достигнет особой последовательности нуклеотидов, которая называется терминирующий сигнал транскрипции или терминатор. На этом транскрипция заканчивается, молекула и-РНК освобождается, двойная спираль ДНК восстанавливается.

Последовательность ДНК, транскрибируемая в одну молекулу мРНК, называется транскриптон, или транскрипционная единица. Транскриптон начинается промотором и заканчивается терминатором, он может включать в себя либо один ген, либо несколько генов.

У прокариот существует 1 вид РНКполимеразы.

У эукариот существует 3 вида РНКполимеразы.

РНКполимераза 1 – отвечает за синтез 5,8S рРНК, 18S рРНК, 28S рРНК. Она находится в ядрышке.

РНКполимераза 2 – отвечает за синтез мРНК, мяРНК, мкРНК, миРНК. Она находится в цитоплазме.

РНКполимераза 3 – отвечает за синтез 5S рРНК, тРНК, часть мяРНК и другие малые РНК. Она находится в рибосомах.

(мяРНК – малые ядерные РНК; мкРНК – микроРНК, миРНК – малые интерферирующие РНК).

В результате транскрипции образуется первичный транскрипт мРНК (незрелая мРНК, преРНК).

Транскриптом – совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой, включая мРНК и некодирующие РНК.

У прокариот первичный транскрипт мРНК сразу становится матрицей для синтеза белка.

У эукариот первичный транскрипт мРНК, находясь в ядре клетки, подвергается процессингу. Процессинг – формирования зрелых мРНК из первичных транскриптов.

Он включает три процесса: кэпирование, сплайсинг, полиаденилирование.

Кэпирование

После транскрипции более 20 первых нуклеотидов к 5' концу мРНК присоединяется метилированный гуанилового нуклеотида. Нуклеотид связывается 5' – 5' фосфодиэфирной связью с исходным 5' концом мРНК (обратная ориентация).

Значение кэпирования:

1. обеспечивает дальнейшую элонгацию

2. защищает транскрипт от разрушения ферментами (5'экзонулеазами) благодаря 5' – 5' связи

3. способствует дальнейшему процессингу (обеспечивает сплайсинг и полиаденилирование)

4. транспорт мРНК из ядра в цитоплазму

5. обеспечивает связывание мРНК с рибосомой

Сплайсинг – это вырезание интронов из молекулы мРНК и сшивание экзонов при помощи ферментов лигаз. Эти ферменты ориентируются на пары нуклеотидов (ГУ и АГ), которые ограничивают с обеих сторон каждый интрон. Сплайсинг происходит с участием мультимолекулярного комплекса – сплайсосомы, в который входят белки и малая ядерная РНК. Именно малая я-РНК узнаёт нуклеотиды, ограничивающие интрон.

При нарушении сплайсинга возникают наследственные заболевания. Например, фенилкетонурия возникает при нарушении сшивания 13 и 14 зкзонов в гене фермента фенилаланингидроксилазы.

Альтернативный сплайсинг – это форма сплайсинга, при которой соединение экзонов в процессе созревания мРНК происходит в разных комбинациях.

Альтернативный сплайсинг обеспечивает кодирование одним геном различных белков. Он обеспечивает эффективный и экономичный способ кодирования множества белков ограниченным числом нуклеотидов. В организме человека функционирует примерно 300.000 белков (а может и 500.000), их совокупность называется протеом. В то же время генов, которые кодирует эти белки примерно 22-24.000. Более 70% генов человека подвергаются альтернативному сплайсингу.

Полиаденилирование – к 3' концу молекулы мРНК присоединяется от 100 до 200 остатков адениловой кислоты. Образуется поли-А-участок. Этот участок стабилизирует молекулу мРНК, и способствует ее выходу из ядра в цитоплазму.

В результате процессинга в ядре формируется зрелая молекула мРНК, которая перемещается из ядра в цитоплазму для синтеза белка. Только 3–5% зрелых мРНК попадают в цитоплазму, остальные разрушаются в ядре.

Итак, зрелая мРНК эукариот имеет следующее строение.

Кэп 5' нетранслируемая область АУГ транслируемая область УГА 3'нетранслируемая область ААААА

У эукариот происходит процессинг рРНК и тРНК. Процессинг рРНК осуществляется путём выщепления трёх типов РНК, а процессинг тРНК – путём разрезания первичного транскрипта и подравнивания.

3. Перенос биологической информации на белок (трансляция). Структура, виды и роль РНК.

Трансляция – это процесс биосинтеза белка на матрице мРНК.

Для этого процесса необходимы рибосомы, аминокислоты, мРНК, тРНК, ферменты, активирующие аминокислоты, АТФ. Трансляция очень энергоёмкий процесс, на неё затрачивается 90% АТФ, ибо скорость сборки белка огромна (белок из 100 аминокислот собирается за 5 сек).

Рибосома состоит из двух субъединиц: малой (1молекула 18S рРНК и 30 молекул белков) и большой (три молекулы рРНК – 5S, 5,8S, 28S и 40 молекул белка). Функционально рибосома представляет собой молекулярную машину, которая протягивает через себя мРНК, считывает генетическую информацию и осуществляет синтез полипептидной цепи. В каждой клетке содержится около 10млн рибосом.

мРНК начинается инициирующим кодоном, а заканчивается стоп кодоном и присоединённым к нему поли(А)хвостом. Между ними находится транслируемая область. У эукариот мРНК моноцистронная, т.е. она кодирует только одну полипептидную цепь.

тРНК – класс низкомолекулярных нуклеиновых кислот, содержащих от 70 до 90 нуклеотидов. У тРНК имеется первичная, вторичная, и третичная структура.

Первичная структура – последовательность нуклеотидов в молекуле тРНК.

Вторичная структура тРНК имеет вид листка клевера, это связано с тем, что между отдельными нуклеотидами возникают водородные связи по принципу комплементарности. На одном конце молекулы тРНК имеется участок, состоящий из 3-х нуклеотидов – это антикодон, он узнает соответствующий кодон в молекуле тРНК. На другом конце молекулы находится акцепторный участок, к которому присоединяется соответствующая аминокислота.

Третичная структура тРНК образуется при участии дополнительных водородных связей, она напоминает по форме латинскую букву L.

тРНК выполняет две функции: акцепторную и адаптерную. Акцепторная функция состоит в способности тРНК связываться ковалентно с остатком аминокислоты, превращаясь в аминоацил-тРНК. Это происходит при помощи фермента аминоацил-тРНК синтетазы. Для каждой аминокислоты существует своя тРНК и своя аминоацил-тРНК синтетаза.

Адапторная функция состоит во взаимодействии антикодона тРНК с кодоном мРНК, что обеспечивает включение аминокислоты в законное место растущей цепи белка. Таки образом, тРНК переводит генетическую информацию с языка нуклеотидной последовательности на язык белка.

В процессе трансляции выделяют 3 стадии:

• стадия инициации

• стадия элонгации

• стадия терминации

Стадия инициации начинается после распада рибосомы на малую и большую субъединицы и образования инициаторного комплекса. Инициаторный комплекс состоит из малой субъединицы рибосомы, мРНК, инициаторной тРНК и факторов инициации.

Инициаторная тРНК узнаёт старт кодон АУГ, который кодирует аминокислоту метионин. Этот процесс катализируется факторами инициации. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и образуется функциональная единица для синтеза белка (проще говоря, образуется рибосома).

После формирования инициаторного комплекса инициаторная метионин-тРНК поступает в Р-участок рибосомы, и здесь формируется первая пептидная связь (–СО–NH–). В рибосоме имеются два участка:

• аминоацил-тРНК связывающий участок, который соединяет мРНК и поступившую в рибосому тРНК с очередной аминокислотой

• пептидил-тРНК связывающий участок, который соединяет тРНК с растущим концом полипептида

На стадии элонгации происходит наращивание полипептидной цепи на рибосоме. Элонгация состоит из трёх этапов: узнавание кодона мРНК, образование пептидной связи, транслокация.

Узнавание кодона мРНК – это связывание антикодона с очередной тРНК с кодоном мРНК по принципу комплементарности.

Образование пептидной связи – карбоксильный конец пептида отделяется от тРНК в П-участке и прикрепляется за счёт пептидной связи к аминокислоте, связанной с тРНК в А-участке. Образуется пептидил-тРНК. Этот процесс осуществляется при участии фермента пептидилтрансферазы, находящейся в рибосоме.

Транслокация – вновь образовавшийся пептидил-тРНК перемещается с А-участка рибосомы в П-участок. При этом рибосома передвигается на один кодон. Так повторяется много раз.

Терминация – в А-участке рибосомы оказывается терминирующий кодон (стоп кодон). С ним связываются факторы терминации. Происходит гидролиз связи между пептидом и тРНК. тРНК отсоединяется от мРНК и рибосома распадается.

4. Гипотеза «один ген – один фермент», ее современная трактовка.

В 1902 году Арчибальд Гаррод, изучая наследственные болезни, связанные с дефектом обмена веществ, предположил, что за синтез определённого фермента отвечает один ген (гипотеза один ген – один фермент). Позднее Бидл и Тейтем (Татум) экспериментально доказали это положение.

В конце 40-х годов ученые установили, что синтез всех белков (а не только ферментов) находится под контролем генов. Гипотеза приобрела вид: один ген – один белок.

Однако с открытием мультимерных белков (молекула таких белков состоит из нескольких полипептидных цепей) встал вопрос: один ген кодирует синтез всех цепей или каждая полипептидная цепь кодируется своим геном?

В 1957г Ингрэм установил, что причина серповидно-клеточной анемии – генная мутация, приводящая к замене в молекуле гемоглобина в 6 положении глутаминовой кислоты на валин.

Белок гемоглобина человека (глобин) состоит из двух α-цепей и двух β- цепей. Замена аминокислоты всегда наблюдается только в β-цепи, а α-цепь остаётся нормальной. Следовательно, мутировавший ген кодирует только одну цепь, а вторая цепь кодируется другим геном. Позже выяснили, что гены, кодирующие α-цепь находятся в 16 хромосоме, а гены, кодирующие β-цепь находятся в 11 хромосоме.

Гипотеза приобрела вид: один ген – одна полипептидная цепь.

5. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Впервые регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции была изучена у прокариот в 1961 году французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно. Они предложили модель оперона. Оперон – это группа тесно сцепленных генов, находящихся под контролем общего промотора и общего оператора и транскрибируемых как единая мРНК. Оперон находится под контролем гена регулятора. Известно, что последовательности нуклеотидов оператора и промотора перекрываются, а ген регулятор может находиться в другом опероне. У прокариот мРНК является полицистронной, т е. она может быть использована для синтеза нескольких белков.

Ген регулятор кодирует синтез белка репрессора. Этот белок взаимодействует с оператором и блокирует его. Если заблокирован оператор, то блокируется и часть промотора. РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, поэтому транскрипция не происходит и синтез белка не идёт. Это не активное состояние оперона.

При связывании белка репрессора ген оператор и промотор открыты, РНК-полимераза начинает процесс транскрипции, и происходит синтез белка.

Что же связывает белок репрессор?

-- вещества, которые могут находиться в клетке или поступающие в неё извне.

Эти вещества называются индукторами (индукция – наведение, запуск). Допустим, что индуктором является поступившая в клетку глюкоза. Индуктор связывается с белком репрессором и блокирует его. Теперь ген оператор освобождается от белка репрессора и запускает процесс синтеза белка фермента, который будет переваривать глюкозу. Такое состояние оперона называется активным. Синтез белка будет идти до тех пор, пока образовавшийся белок (фермент) не переварит всю глюкозу. При этом освобождается репрессор, который блокирует ген оператор и прекращает процесс транскрипции.

У эукариот выделяют несколько уровней регуляции экспрессии генов.

• на уровне инициации транскрипции

• на уровне процессинга первичного транскрипта в зрелую мРНК

• РНК – интерференция

• на уровне трансляции

• посттрансляционные механизмы регуляции (на уровне процессинга белка)

Регуляция экспрессии генов на уровне инициации транскрипции.

В этом процессе принимают участие дополнительные регуляторные элементы: промоторы, энхансеры, сайленсеры и инсуляторы.

• промоторы – последовательности нуклеотидов, расположенные близко от кодирующих последовательностей гена. Промоторы связывают РНК полимеразу.

• энхансеры (усилители) и сайленсеры (глушители). Они могут располагаться от гена на расстоянии в несколько тысяч пар нуклеотидов. Их действие основано на связывании со специфическими белками-регуляторами. Белок-регулятор может усиливать (в энхансере) или ослаблять (в сайленсере) инициацию транскрипции путём изменения активности промотора.

Энхансеры в свою очередь находятся под контролем инсуляторов. Инсуляторы – последовательности ДНК, которые способны блокировать взаимодействие между энхансером и промотором, но только в том случае, если находятся между ними.

Регуляция экспрессии генов на уровне процессинга.

Это регуляция функциональных генов в результате альтернативного сплайсинга. При альтернативном сплайсинге образуются различные формы мРНК из одного и того же гена и, как результат, образование разных белков (изоформ белка)

РНК–интерференция – подавление экспрессии генов у эукариот на посттранскрипционном уровне, вызванное короткими интерферирующими РНК (миРНК). Регуляторные малые интерферирующее РНК – это двухцепочные РНК длиной 19-25 п.н., которые вызывают разрушение мРНК. Они дают сигнал ферментам (эндонуклеазам), которые разрушают мРНК, а, значит, блокируют трансляцию и прекращают работу генов. РНК–интерференция обнаружена у большинства эукариотов, включая человека.

Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции осуществляется в трёх вариантах. позитивной и негативной регуляции.

1. позитивная регуляция осуществляется на основе сродства мРНК с факторами инициации. Факторы инициации (специфические белки) катализируют образование инициаторного комплекса.

2. негативная регуляция осуществляется с помощью белков-репрессоров, которые связываясь с мРНК, блокируют инициацию трансляции.

3. подавление трансляции с помощью регуляторных микроРНК, которые связываются с мРНК-мишенью, блокируют трансляцию и запускают процесс разрушения мРНК. мкРНК – одноцепочные РНК длиной 18-24 нуклеотида, кодируемые специальными генами.

Посттрансляционные механизмы регуляции.

Синтезируемые при трансляции полипептиды подвергаются многочисленным превращениям и модификациям:

• сборка белка (фолдинг) – процесс, при котором белок принимает характерную для его функционирования пространственную структуру

• отщепление фрагментов полипептидной цепи

• химические изменения белка, заключающиеся в присоединении фосфатной группы (фосфорилирование), ацетильной группы СН₃ – СО – (ацетилирование) или остатков сахаров – пентоз или гексоз (гликозилирование).

• достижение места своего функционирования

6. Классификация генов: структурные и регуляторные.

Все гены клетки в организме можно разделить на 2 группы, это:

– структурные гены, которые отвечают за все белки организма, за рРНК, и тРНК.

– регуляторные гены, которые соответственно регулируют работу структурных генов.

7. Цитоплазматическая наследственность.

Главная роль в передаче наследственных свойства принадлежит хромосомам. С ними связаны закономерности, открытые Г. Менделем. Но ряд органоидов, расположенных в цитоплазме содержит ДНК (митохондрии, пластиды). Их ДНК способна к репликации, и с ней может быть связана передача цитоплазматической наследственности. Существуют сорта львиного зева, ночной красавицы и некоторых других растений, у которых наряду с зелёными листьями встречаются пёстрые, с белыми пятнами – участкам, лишёнными хлорофилла. В связи с тем, что организм, образуемый вследствие оплодотворения, получает цитоплазматические структуры главным образом от яйцеклетки, цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии.

В клетках прокариот и эукариот обнаруживаются плазмиды – отрезки ДНК, имеющие кольцевую или линейную форму и способные к самостоятельной (независимо от ядра) репликации.

У бактерии наблюдается передача плазмид от клетки к клетке при их непосредственном контакте, а распределение их по дочерним клеткам при делении происходит случайно. Наличие плазмид может обеспечивать устойчивость бактерий к определённым антибиотикам. У растений и животных плазмиды могут существенно влиять на свойства многоклеточного организма.

ЛЕКЦИЯ 9 Фенотипическая и генотипическая изменчивость.

Генные мутации. Понятие о генных болезнях.

1. Определение изменчивости. Классификация ее форм.

Изменчивость – есть общее свойство живых организмов, заключающееся в изменении наследственных признаков в ходе онтогенеза (индивидуального развития).

Изменчивость организмов делят на два крупных типа:

1. фенотипическую, не затрагивающую генотип и не передающуюся по наследству;

2. генотипическую, изменяющую генотип и поэтому передаю­щуюся по наследству.

Генотипическая изменчивость подразделяется на комбинативную и мутационную.

Мутационная изменчивость включает геномные, хромосомные и генные мутации.

Геномные мутации подразделяется на полиплоидию и анеуплоидию

Хромосомные мутации подразделяется на делеции, дупликации, инверсии, транслокации

2. Фенотипическая изменчивость. Норма реакции генетически детерминиро­ванных признаков. Адаптивный характер модификаций. Фенокопии.

Фенотипическая изменчивость (или ненаследственная, модификационная) – это изменение фенотипических признаков организма под действием факторов внешней среды, без изменения генотипа.

Например: окраска шерсти у гималайского кролика в зависимости от температуры среды обитания: на выбритом месте при температуре выше + 2С⁰, вырастает белая шерсть; при температуре ниже + 2С⁰ вырастает чёрная шерсть.

Норма реакции – это диапазон изменчивости, в пределах которого один и тот же генотип способен давать различные фенотипы.

1. широкая норма реакции – когда колебания признака идут в широких пределах (например: загар, количество молока).

2. узкая норма реакции – когда колебания признака незначительны (например: жирность молока).

3. однозначная норма реакции – когда признак не изменяется, ни при каких условиях (например: группы крови, цвет глаз, разрез глаз).

Адаптивный характер модификаций заключается в том, что модификационная изменчивость позволяет организму приспособиться к изменяющимся условиям среды. Поэтому модификации всегда полезны.

Если во время эмбриогенеза на организм воздействуют неблагоприятные факторы, то могут появляться фенотипические изменения, выходящие за пределы нормы реакции и не носящие адаптивного характера; их называют морфозы развития. Например, ребёнок рождается без конечностей или с заячьей губой.

Фенокопии – это морфозы развития, которые очень трудно отличить от наследственных изменений (заболеваний).

Например: если беременная женщина переболела краснухой, у неё может родиться ребёнок с катарактой. Но эта патология может появиться и в результате мутации. В первом случае речь идет о фенокопии.

Диагноз «фенокопия» важен для будущего прогноза, так как при фенокопии генетический материал не изменяется. Следовательно, у ребёнка с катарактой, рождённого больной краснухой женщиной, свои дети не будут больны катарактой.

3. Комбинативная изменчивость. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генетического разнообразия людей.

Комбинативная изменчивость – это возникновение у потомков новых комбинаций генов, которых не было у их родителей.

Комбинативная изменчивость связана:

• с кроссинговером в профазу мейоза 1.

• с независимым расхождением гомологичных хромосом в анафазу мейоза 1.

• со случайным сочетанием гамет при оплодотворении.

Значение комбинативной изменчивости – обеспечивает генетическое разнообразие особей в пределах вида, что важно для естественного отбора и эволюции.

4. Мутационная изменчивость. Основные положения теории мутаций.

Гюго де Фриз голландский ученый ввел в 1901 году термин "мутация".

Мутация – это явление прерывистого скачкообразного изменения наследственного признака.

Процесс возникновения мутаций называется мутагенез, а организм, который приобретает новые признаки в процессе мутагенеза, называется – мутант.

Основные положения теории мутаций по Гюго де Фризу.

1. мутации возникают внезапно без всяких переходов.

2. возникшие формы вполне устойчивы.

3. мутации являются качественными изменениями.

4. мутации происходят в различных направлениях: они могут быть полезными, вредными и нейтральными.

5. одни и те же мутации могут возникать повторно.

5. Классификация мутаций.

1. По происхождению.

1. Спонтанные мутации. Самопроизвольные мутации или естественные, возникают в обычных природных условиях.

2. Индуцированные (наведённые) мутации. Они возникают при воздействии на организм мутагенных факторов.

   1. физические (ионизирующее излучение, УФЛ, высокая температура и т.п.)

   2. химические (соли тяжёлых металлов, азотистая кислота, свободные радикалы, бытовые и промышленные отходы, лекарства).

   3. биологические (вирусы, продукты жизнедеятельности паразитов).

1. По месту возникновения.

   1. Соматические мутации возникают в соматических клетках и наследуются потомками тех клеток, в которых возникли. Из поколения в поколение не передаются.

   2. Генеративные мутации возникают в половых клетках и передаются из поколения в поколение.

2. По характеру изменений фенотипа.

1. Морфологические мутации, характеризующиеся изменением строения органа или организма в целом (заячья губа, волчья пасть, шестипалость).

2. Физиологические мутации, характеризующиеся изменением функций органа или организма в целом (при отсутствии тех или иных ферментов возникают болезни обмена веществ).

3. Биохимические мутации, связанные с изменением структуры белка.

4. По влиянию на жизнеспособность организма.

1. Летальные – организм погибает на эмбриональной стадии (смертность 100%)

2. Полулетальные – организм погибает до размножения (смертность 50-90%)

3. Условно летальные мутации, в одних условиях организм погибает, а в других условиях выживает (галактоземия).

4. Полезные мутации повышают жизнеспособность организма (используются в селекции).

5. По характеру изменения наследственного материала.

1. Генные мутации.

2. Хромосомные мутации.

3. Геномные мутации

6. Генные мутации, определение. Механизмы возникновения спонтанных генных мутаций.

Генные мутации или точковые мутации – это мутации, которые возникают в генах на уровне нуклеотидов, при этом изменяется структура гена, изменяется молекула мРНК, изменяется последовательность аминокислот в белке, в организме изменяется признак.

Виды генных мутаций:

• миссенс мутации – замена 1 нуклеотида в триплете на другой приведет к тому, что в полипептидную цепь белка будет включаться другая аминокислота, которой в норме не должно быть, а это приведет к тому, что изменятся свойства и функции белка.

Пример: замена глутаминовой кислоты на валин в молекуле гемоглобина.

ЦТТ – глутаминовая кислота, ЦАТ – валин

Если такая мутация происходит в гене, который кодирует β цепь белка гемоглобина, то в β цепь вместо глютаминовой кислоты включается валин → в результате такой мутации изменяются свойства и функции белка гемоглобина и вместо нормального HbA появляется HbS, в результате у человека развивается серповидноклеточная анемия (форма эритроцитов изменяется).

• нонсенс мутации – замена 1 нуклеотида в триплете на другой приведет к тому, что генетически значащий триплет превратится в стоп кодон, что приводит к обрыву синтеза полипептидной цепи белка. Пример: УАЦ – тирозин. УАА – стоп кодон.

• мутации со сдвигом рамки считывания наследственной информации.

Если в результате генной мутации у организма будет появляться новый признак (например, полидактилия), то они называются неоморфные.

если в результате генной мутации организм утрачивает признак (например, при ФКУ исчезает фермент) то они называются аморфные.

• сеймсенс мутации – замена нуклеотида в триплете приводит к появлению триплета-синонима, который кодирует ту же самую аминокислоту. Это связано с вырожденностью генетического кода. Например: ЦТТ – глютамин ЦТЦ – глютамин.

Механизмы возникновения генных мутаций (замена, вставка, выпадение).

ДНК состоит из 2-х полинуклеотидных цепей. Сначала изменение возникает в 1-й цепи ДНК – это полумутационное состояние или “первичное повреждение ДНК”. Каждую секунду в клетке имеет место 1 первичное повреждение ДНК.

Когда повреждение переходит на вторую цепь ДНК то, говорят о том, что произошла фиксация мутации, то есть возникла “полная мутация”.

Первичные повреждения ДНК возникают при нарушении механизмов репликации, транскрипции, кроссинговера

Частота генных мутаций. Мутации прямые и обратные, доминантные и рецессивные.

У человека частота мутаций = 1х10^–4 – 1х10^–7, то есть в среднем 20–30% гамет у человека в каждом поколении являются мутантными.

У дрозофилы частота мутаций = 1х10^–5, то есть 1 гамета из 100 тысяч несет генную мутацию.

1. Прямая мутация (рецессивная) – это мутация гена из доминантного состояния в рецессивное состояние: А → а.

2. Обратная мутация (доминантная) – это мутация гена из рецессивного состояния в доминантное состояние: а → А.

Генные мутации встречаются у всех организмов, гены мутируют в различных направлениях, а также с различной частотой. Гены, которые редко мутируют называются – стабильные, а гены, которые часто мутируют называются – мутабельные.

7. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вави­лова.

Мутирование происходит в самых различных направлениях, т.е. случайно. Однако эти случайности подчиняются закономерности, обна­руженной в 1920г. Вавиловым. Он сформулировал закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости.

"Виды и роды генетичес­ки близкие характеризуются сходными рядами наследственной измен­чивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одно­го вида, можно предвидеть существование параллельных форм у других видов и родов".

Этот закон позволяет предсказать наличие определённого признака у особей различных родов одного семейства. Так было предска­зано наличие в природе безалкалоидного люпина, т.к. в семействе бобовых есть роды бобов, гороха, фасоли, не содержащие алкалоиды.

В медицине закон Вавилова позволяет использовать животных, генетически близких человеку, в качестве генетических моделей. На них ставят эксперименты по изуче­нию генетических болезней. Например, катаракта изучается на мышах и собаках; гемофилия – на собаках, врождённая глухота – на мышах, морских свинках, собаках.

Закон Вавилова позволяет предвидеть появление индуцирован­ных мутаций, неизвестных науке, которые могут использоваться в се­лекции для создания ценных для человека форм растений.

8. Антимутационные барьеры организма.

• Точность репликации ДНК. Иногда в ходе репликации возникают ошибки, тогда включаются механизмы самокоррекции, которые направлены на устранение неправильного нуклеотида. Важную роль играет фермент ДНК-полимераза, и частота ошибок снижается в 10 раз (с 10^–5до 10^–6).

• Вырожденность генетического кода. 1 аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, поэтому замена 1 нуклеотида в триплете в ряде случаев не искажает наследственную информацию. Например, ЦТТ и ЦТЦ – глутаминовая кислота.

• Экстракопирование некоторых генов отвечающих за важные макромолекулы: рРНК, тРНК, белки гистоны, т.е. образуется много копий этих генов. Эти гены входят в состав умеренно повторяющихся последовательностей.

• Избыточность ДНК – 99% является избыточной и мутагенный фактор чаще попадает в эти 99% бессмысленных последовательностей.

• Парность хромосом в диплоидном наборе. В гетерозиготном состоянии многие вредные мутации не проявляются.

• Выбраковка мутантных половых клеток.

• Репарация ДНК.

9. Репарация генетического материала. .

Репарация ДНК – удаление первичных повреждений из ДНК и замена их нормальными структурами.

Выделяют две формы репарации: световую и темновую

А. Световая репарация (или ферментативная фотореактивация). Ферменты репарации активны только в присутствии света. Эта форма репарации направлена на удаление первичных повреждений ДНК вызванных действием УФЛ.

П од действием УФЛ в ДНК активируются пиримидиновые азотистые основания, что приводит к тому, что возникают связи между пиримидиновыми азотистыми основаниями, которые располагаются рядом в одной цепи ДНК, то есть образуются пиримидиновые димеры. Чаще всего возникают связи: Т=Т; Т=Ц; Ц=Ц.

В норме в ДНК пиримидиновых димеров нет. Образование их приводит к тому, что искажается наследственная информация и нарушается нормальный ход репликации и транскрипции, что приводит впоследствии к генным мутациям.

Суть фотореактивации: в ядре существуют специальный (фотореактивирующий) фермент, который активен только в присутствии света, этот фермент разрушает пиримидиновые димеры, то есть разрывает связи, которые возникли между пиримидиновыми азотистыми основаниями под действием УФЛ.

Темновая репарация происходит в темноте и на свету, то есть активность ферментов не зависит от присутствия света. Она делится на дорепликативная репарацию и пострепликативную репарацию.

Дорепликативная репарация происходит до репликации ДНК, в этом процессе участвует много ферментов:

• Эндонуклеаза

• Экзонуклеаза

• ДНК- полимераза

• ДНК - лигаза

Допустим, в ДНК имеется первичное повреждение.

1 этап. Фермент эндонуклеаза находит поврежденный участок и разрезает его.

2 этап. Фермент экзонуклеаза удаляет поврежденный участок из ДНК (эксцизия) в результате образуется брешь.

3 этап. Фермент ДНК полимераза синтезирует недостающий участок. Синтез происходит по принципу комплементарности.

4 этап. Ферменты лигазы соединяют или сшивают вновь синтезированный участок с цепью ДНК. Таким образом, первичное повреждение в ДНК устраняется.

Пострепликативная репарация.

Допустим, в ДНК имеется первичное повреждение.

1 этап. Начинается процесс репликации ДНК. Фермент ДНК-полимераза синтезирует новую цепь полностью комплементарную старой неповрежденной цепи.

2 этап. Фермент ДНК полимераза синтезирует другую новую цепь, но участок, где находится повреждение, он обходит. В результате во второй новой цепи ДНК образовалась брешь.

3 этап. По окончании репликации фермент ДНК полимераза синтезирует недостающий участок комплементарно новой цепи ДНК.

4 этап. Затем фермент лигаза соединяют вновь синтезированный участок с цепью ДНК, где имелась брешь. Таким образом, первичное повреждение ДНК не перешло на другую новую цепь, то есть не произошла фиксация мутации.

В дальнейшем первичное повреждение ДНК может быть ликвидировано в ходе дорепликативной репарации.

10. Мутации, связанные с нарушением репарации ДНК и их роль в патологии.

Способность к репарации у организмов выработалась и закрепилась в ходе эволюции. Чем выше активность репарирующих ферментов, тем стабильнее наследственный материал. За ферменты репарации отвечают соответствующие гены, поэтому если происходит мутация в этих генах, то снижается активность репарирующих ферментов. У человека при этом возникают тяжелые наследственные заболевания, которые связаны со снижением активности репарирующих ферментов.

Таких заболеваний у человека больше 100. Некоторые из них:

Анемия Фанкони – уменьшение количества эритроцитов, потеря слуха, нарушения в ССС, деформация пальцев, микроцефалия.

Сидром Блума – малый вес новорождённого, замедление роста, повышенная восприимчивость в вирусной инфекции, повышенный риск онкологических заболеваний. Характерный признак: при непродолжительном пребывании на солнечном свету на коже лица появляется пигментация в форме бабочки (расширение кровеносных капилляров).

Пигментная ксеродермия – на коже от света появляются ожоги, которые скоро перерождаются в рак кожи (у таких больных рак возникает в 20.000 раз чаще). Больные вынуждены жить при искусственном освещении.

Частота заболевания – 1 : 250.000 (Европа, США), и 1 : 40.000 (Япония)

Два вида прогерий – преждевременное старение организма.

11. Генные болезни, механизмы их развития, наследования, частота воз­никновения.

Генные болезни (или молекулярные болезни) достаточно широко представлены у человека, их насчитывается более 1000.

Особую группу среди них составляют врожденные дефекты обмена веществ. Впервые эти заболевания описал А. Гарод в 1902 году. Симптоматика этих заболеваний различна, но всегда имеет место нарушение превращения веществ в организме. При этом одни вещества будут в избытке, другие в недостатке. Например, в организм поступает вещество (А) и превращается далее под действием ферментов в вещество (В). Далее вещество (В) должно превращаться в вещество (С), но этому мешает мутационный блок

( ), в результате вещество (С) будет в недостатке, а вещество (В) в избытке.

А → В С

Примеры некоторых болезней, обусловленных врожденным дефектом обмена веществ.

ФКУ (фенилкетонурия, врожденное слабоумие). Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1:10.000. Фенилаланин является незаменимой аминокислотой для построения белковой молекулы и, кроме того, служит предшественником гормонов щитовидной железы (тироксина), адреналина и меланина. Аминокислота фенилаланин в клетках печени должна превращаться с помощью фермента (фенилаланин-4-гидроксилазы) в тирозин. Если отсутствует фермент, отвечающий за данное превращение, или снижена его активность то содержание фенилаланина в крови будет резко повышено, а содержание тирозина понижено. Избыток фенилаланина в крови приводит к появлению его производных (фенилуксусной, фенилмолочной, фенилпировиноградной и других кетоновых кислот), которые выделяются с мочой, а также оказывают токсическое воздействие на клетки центральной нервной системы, что приводит к слабоумию.

При своевременной постановке диагноза и переводе младенца на диету, лишенную фенилаланина, развитие заболевания можно предупредить.

Альбинизм общий. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В норме аминокислота тирозин участвует в синтезе тканевых пигментов. Если возникает мутационный блок, отсутствует фермент или снижена его активность, то тканевые пигменты не синтезируются. В этих случаях кожа имеет молочно-белый цвет, волосы очень светлые, вследствие отсутствия пигмента в сетчатке просвечивают кровеносные сосуды, глаза имеют красновато-розовый цвет, и повышенную чувствительность к свету.

Алькапнонурия. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 3-5:1.000.000. Заболевание связано с нарушением превращения гомогентизиновой кислоты, в результате чего эта кислота накапливается в организме. Выделяясь с мочой, эта кислота приводит к развитию заболеваний почек, кроме того, подщелоченная моча при этой аномалии быстро темнеет. Также заболевание проявляется окрашиванием хрящевых тканей, в пожилом возрасте развивается артрит. Таким образом, заболевание сопровождается поражением почек и суставов.

Генные болезни, связанные с нарушением обмена углеводов.

Галактоземия. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1:35.000-40.000 детей.

В крови новорождённого содержится моносахарид галактоза, который образуется при расщеплении дисахарида молока лактозы на глюкозу и галактозу. Галактоза непосредственно не усваивается организмом, она должна быть переведена специальным ферментом в усваиваемую форму – глюкоза-1-фосфат.

Наследственная болезнь галактоземия обусловлена нарушением функции гена, контролирующего синтез белка-фермента, превращающего галактозу в усваиваемую форму. В крови больных детей будет очень мало этого фермента и много галактозы, что устанавливается биохимическим анализом.

Если диагноз поставлен в первые дни после рождения ребенка, то его кор­мят смесями, где нет молочного сахара, и ребёнок нормально развива­ется. В противном случае ребёнок вырастает слабоумным.

Муковисцидоз. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, встречается с частотой = 1:2.000-2.500. Заболевание связано с мутацией гена, который отвечает за белок-переносчик, встроенный в плазматическую мембрану клеток. Этот белок регулирует проницаемость мембраны к ионам Na и Ca. Если нарушена проницаемость этих ионов в клетках экзокринных желез, то железы начинают вырабатывать густой, вязкий секрет, который закрывает протоки экзокринных желез.

Выделяют легочную и кишечную формы муковисцидоза.

Синдром Марфана. Генное заболевание, наследуется по аутосомно-доминантному типу. Связано с нарушением обмена белка фибриллина в соединительной ткани, что проявляется комплексом признаков: «паучьи» пальцы (арахнодактилия), высокий рост, подвывих хрусталика, пороки сердца и сосудов, повышенный выброс в кровь адреналина, сутулость, впалая грудь, высокий свод стопы, слабость связок и сухожилий и т.д. Впервые описано в 1896 году французским педиатром Антонио Марфаном.

ЛЕКЦИЯ 10 Структурные мутации хромосом.

1. Структурные мутации хромосом (хромосомные аберрации).

Выделяют следующие виды хромосомных аберраций.

– делеции

– дупликации

– инверсии

– кольцевые хромосомы

– транслокации

– транспозиции

При данных мутациях изменяется структура хромосом, изменяется порядок расположения генов в хромосомах, изменяется доза генов в генотипе. Эти мутации встречаются у всех организмов, они классифицируются следующим образом.

По происхождению:

• спонтанные – они возникают в нормальных условиях обитания, и их причина пока не ясна

• индуцированные – природа фактора, вызвавшего мутацию известна

По месту возникновения:

• соматические – затрагивают наследственный материал соматических клеток, не передаются при половом размножении и наследуются только при бесполом размножении

• генеративные – затрагивают наследственный материала гамет, обязательно передаются потомкам

По влиянию на жизнеспособность организма:

• полезные (крайне редко)

• вредные (очень часто)

Мутации могу быть сбалансированными и несбалансированными:

• сбалансированные – система генотипа не изменяется, значит, не меняется и фенотип

• несбалансированные – изменяется система генотипа, значит, изменяется и фенотип

Если мутация затрагивает две хромосомы, говорят о межхромосомных перестройках.

Если мутация затрагивает 1 хромосому, говорят о внутрихромосомных перестройках.

2. Механизмы возникновения структурных мутаций хромосом.

• гипотеза «разрыв-соединение». Предполагают, что в одной или нескольких хромосомах происходят разрывы. Образуются участки хромосом, которые затем соединяются, но в иной последовательности. Если разрыв происходит до репликации ДНК, то в этот процесс вовлекаются две хроматиды – это изохроматидный разрыв. Если разрыв происходит после репликации ДНК, то в процесс вовлекается одна хроматида – это хроматидный разрыв.

• вторая гипотеза: между негомологичными хромосомами происходит процесс подобный кроссинговеру, т.е. негомологичные хромосомы обмениваются участками.

2. Делеции, их сущность, формы, фенотипический эффект. Псевдодоминирование.

Делеция (нехватка) – потеря участка хромосомы.

• в хромосоме может произойти один разрыв, и она потеряет концевой участок, который будет разрушен ферментами (дефишенси)

• в хромосоме может быть два разрыва с потерей центрального участка, который также будет разрушен ферментами (интерстициальная делеция).

В гомозиготном состоянии делеции всегда летальны, в гетерозиготном состоянии они проявляются множественными пороками развития.

Выявление делеций:

• дифференциальное окрашивание хромосом

• по фигуре петли, которая образуется во время коньюгации гомологичных хромосом в профазу мейоза 1. Петля возникает на нормальной хромосоме.

Впервые делеция была изучена у мушки дрозофилы, при этом произошла потеря участка Х хромосомы. В гомозиготном состоянии эта мутация летальна, а в гетерозиготном состоянии она проявляется фенотипически вырезкой на крыле (Notch-мутация). При анализе этой мутации было выявлено особое явление, которое получило название псевдодоминирование. При этом фенотипически проявляется рецессивный аллель, так как участок хромосомы с доминантным аллелем утрачен вследствие делеции.

У человека делеции чаще происходят в хромосомах с 1 по 18. Например, делеция короткого плеча пятой хромосомы в гетерозиготном состоянии проявляется фенотипически, как синдром "кошачьего крика". Ребёнок рож­дается с большим числом патологий, живет от 5 дней до месяца (очень редко до 10 лет), его плач напоминает резкое мяуканье кота.

В 21 или 22 хромосоме стволовых кроветворных клеток может произойти интерстициальная делеция. В гетерозиготном состоянии она проявляется фенотипически как злокачественная анемия.

2. Дупликации, инверсии, кольцевые хромосомы. Механизм возникновения. Фенотипическое проявление.

Дупликация – удвоение какого-то участка хромосомы (этот участок может повторяться многократно). Дупликации могут быть прямыми и обратными.

При данных мутациях увеличивается доза генов в генотипе, и в гомозиготном состоянии эти мутации летальны. В гетерозиготном состоянии они проявляются множественными пороками развития. Однако эти мутации могли играть определенную роль в эволюции, благодаря ним могли возникнуть семейства генов гемоглобина. Также дупликации могли обеспечить возникновение многократно повторяющихся последовательностей нуклеотидов.

Выявление дупликаций:

1) дифференциальное окрашивание.

2) фигура петли в профазу мейоза 1. Петля возникает на мутировавшей хромосоме.

Инверсия – отрыв участка хромосомы, поворот его на 180° и присоединение на старое место. При инверсиях доза генов не меняется, но изменяется порядок расположения генов в хромосоме, т.е. изменяется группа сцепления. Концевых инверсий не бывает.

Инверсии бывают 2 видов:

• парацентрическая инверсия, которая не затрагивает центромеру, т.к. разрывы происходят в пределах одного плеча хромосомы

• перицентрическая инверсия, которая затрагивает центромеру, т.к. разрывы происходят по обе стороны от центромеры.

При перицентрической инверсии может изменяться форма хромосомы (если концы поворачиваемых участков не симметричны). А это делает невозможным в последующем конъюгацию. Выявление инверсий:

1) дифференциальное окрашивание.

2) фигура в виде двух противоположно расположенных петель в профазу мейоза 1.

Фенотипическое проявление инверсий наиболее мягкое по сравнению с другими хромосомными абберациями. Если рецессивные гомозиготы погибают, то у гетерозигот чаще всего наблюдается бесплодие.

Кольцевые хромосомы. В норме в кариотипе человека кольцевых хромосом нет. Они могут появляться при действии на организм мутагенных факторов, особенно радиоактивного облучения.

При этом в хромосоме происходит два разрыва, и образовавшийся участок замыкается в кольцо. Если кольцевая хромосома содержит центромеру, то образуется – центрическое кольцо. Если центромеры нет, то образуется – ацентрическое кольцо, оно разрушается ферментами и не наследуется.

В гомозиготном состоянии эти мутации летальны, а в гетерозиготном состоянии фенотипически проявляются, как делеции.

Выявляются кольцевые хромосомы при исследовании кариотипа человека. Кольцевые хромосомы являются маркерами радиоактивного облучения. Чем больше доза радиоактивного облучения, тем больше кольцевых хромосом, и тем хуже прогноз.

2. Транслокации, их сущность. Реципрокные транслокации, их характеристика и медицинское значение. Робертсоновские транслокации и их роль в наследственной патологии.

Транслокация – это перемещение участка хромосомы. Бывают взаимные (реципрокные) и не взаимные (транспозиции) транслокации.

Реципрокные транслокации происходят в тех случаях, когда две негомологичные хромосомы обмениваются своими участками.

Особую группу транслокаций составляют робертсоновские транслокации (центрические слияния). Им подвергаются акроцентрические хромосомы – они теряют короткие плечи, а их длинные плечи соединяются.

Причина 4-5% случаев рождения ребёнка-дауника – робертсоновские транслокации. При этом происходит перемещение длинного плеча 21 хромосомы на одну из хромосом группы D (13, 14, 15, чаще вовлекается 14 хромосома).

Типы яйцеклеток сперматозоид зигота Последствия

14 + 14, 21 14,14,21 моносомия 21 (леталь)

14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 трисомия 21 (дауник)

21 + 14, 21 21,14,21, моносомия 14 (леталь)

14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 трисомия 14 (леталь)

14/21 + 14, 21 14/21,14,21 фенотипически здоров (носитель)

14, 21 + 14, 21 14,21,14,21 фенотипически здоров

Как видим, женщина с робертсоновской транслокацией, в кариотипе которой 45 хромосом может родить здорового ребенка.

Выявление транслокаций:

1) дифференциальное окрашивание

2) фигура креста в профазу мейоза 1.

2. Траспозиции. Мобильные генетические элементы. Механизмы перемещения МГЭ по геному и их значение.

Если транслокации не носят характера взаимности, то говорят о транспозиции.

Особую группу транспозонов составляют мобильные генетические элементы (МГЭ), или прыгающие гены, которые обнаружены у всех организмов. У мушки дрозофилы они составляют 5% генома. У человека МГЭ объединяют в семейство ALU.

МГЭ состоят из 300- 400 нуклеотидов, повторяющихся в геноме у человека 300 тысяч раз.

На концах МГЭ находятся повторы нуклеотидов, состоящие из 50-100 нуклеотидов. Повторы могут быть прямыми и обратными. Повторы нуклеотидов, по-видимому, влияют на перемещение МГЭ.

Выделяют два варианта перемещения МГЭ по геному.

1. с помощью процесса обратной транскрипции. Для этого необходим фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Этот вариант протекает в несколько этапов:

• на ДНК фермент РНК-полимераза (другое название – транскриптаза) синтезирует мРНК,

• на мРНК фермент обратная транскриптаза синтезирует одну цепь ДНК,

• фермент ДНК-полимераза обеспечивает синтез второй цепочки ДНК,

• синтезированный фрагмент замыкается в кольцо,

• кольцо ДНК встраивается в другую хромосому или в другое место этой же хромосомы.

2. с помощью фермента транспозазы, который вырезает МГЭ и переносит его в другую хромосому или в другое место этой же хромосомы

В ходе эволюции МГЭ играли положительную роль, т.к. они осуществляли перенос генетической информации от одних видов организмов к другим. Важную роль в этом играли ретровирусы, которые содержат в качестве наследственного материала РНК, а также содержат обратную транскриптазу.

МГЭ перемещаются по геному очень редко, одно перемещение на сотни тысяч событий в клетке (частота перемещений 1 х 10^–5).

В каждом конкретном организме МГЭ положительной роли не играют, т.к. перемещаясь по геному, они изменяют работу генов, вызывают генные и хромосомные мутации.

2. Индуцированный мутагенез. Физические, химические и биологические мутагенные факторы.

Индуцированные мутации возникают при действии на организм мутагенных факторов, которые делятся на 3 группы:

• Физические (УФЛ, рентгеновское и радиационное излучения, электромагнитные поля, высокие температуры).

Так ионизирующее излучение может действовать непосредственно на молекулы ДНК и РНК, вызывая в них повреждения (генные мутации). Косвенное воздействие этого мутагена на геном клеток заключается в образовании Н₂О_2, ОН^-, О₂^-, а они уже повреждают ДНК.

• Химические мутагенные факторы. Существует свыше 2 млн. химических веществ, способных вызывать мутации. Это соли тяжелых металлов, химические аналоги азотистых оснований (5-бромурацил), алкилирующие соединения (СН₃, С₂ Н₅).

• Биологические (вирусы, продукты жизнедеятельности паразитов, МГЭ).

2. Радиационные мутации. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды.

Радиационные мутации это мутации, вызванные радиацией. В 1927 году американский генетик, Генрих Мелёр впервые показал, что облучение рентгеновскими лучами приводит к существенному увеличению частоты мутаций у дрозофилы. Эта работа положила начало новому направлению в биологии – радиационной генетике. Благодаря многочисленным работам, проведенным за последние десятилетия, мы теперь знаем, что при попадании элементарные частицы (кванты, электроны, протоны и нейтроны) могут вызывать ионизация молекул воды с образованием свободных радикалов (ОН^-, О₂^-). Обладая большой химической активностью свободные радикалы вызывают разрывы ДНК, повреждение нуклеотидов или их разрушение; всё это приводит к возникновению мутаций.

Так как человек является открытой системой, то различные факторы загрязнения окружающей среды могут попадать в человеческий организм. Многие из этих факторов могут изменять или повреждать наследственный материал живых клеток. Последствия воздействия этих факторов столь серьезны, что человечество не может игнорировать загрязнение окружающей среды.

2. Мутагенез и канцерогенез.

Впервые мутационную теорию рака в 1901 году предложил Гюго Де Фриз. В наши дни существует много теорий канцерогенеза.

Одна из них генная теория канцерогенеза. Известно, что в геноме человека содержится более 60 онкогенов, способных регулировать клеточное деление. Они находятся в неактивном состоянии в виде протоонкогенов. Под действием различных мутагенных факторов протоонкогены активируются и переходят в состояние онкогенов, которые вызывают интенсивную пролиферацию клеток и развитие опухолей.

ЛЕКЦИЯ 11 Мутации числа хромосом.

Гаплоидия, полиплоидия, анеуплоидия.

1. Сущность мутаций числа хромосом, причины и механизмы возникновения.

Каждый вид организмов характеризуется своим кариотипом. Постоянство кариотипа в ряду поколений поддерживается благодаря процессам митоза и мейоза. Иногда в ходе митоза или мейоза нарушается расхождение хромосом, в результате возникают клетки с измененным числом хромосом. В клетках может изменяться число целых гаплоидных наборов хромосом, в таком случае возникают такие мутации как:

Гаплоидия – одинарный набор хромосомa (n)

Полиплоидия – увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору (3n, 4n и т.д.)

Анэуплоидия – изменение числа отдельных хромосом (46 +1).

Набор хромосом может измениться как в соматических клетках, так и в половых клетках.

Причины нарушения расхождения хромосом:

• увеличение вязкости цитоплазмы

• изменение полярности клетки

• нарушение функции веретена деления.

Все эти причины приводят к так называемому явлению “анафазного отставания”.

Это значит, что в анафазу митоза или мейоза хромосомы распределяются неравномерно, т.е. какая-то хромосома или группа хромосом не успевают за остальными хромосомами и теряется для одной из дочерних клеток.

2. Гаплоидия, характер изменения кариотипа, распространенность, феноти­пическое проявление.

Гаплоидия – это уменьшение числа хромосом в клетках организма до гаплоидного. В клетках резко уменьшается количество хромосом и доза генов, то есть изменяется система генотипа, а значит, изменяется и фенотип.

В естественных условиях такие организмы появляются при партеногенезе. Чаще всего Гаплоидия чаще встречается у растений (пшеница, кукуруза, дурман). Эти растения имеют маленькие размеры, сниженную жизнеспособность, ибо у них фенотипически проявляются вредные рецессивные гены. У животных и человека такие мутации не встречаются.

3. Полиплоидия, характер изменения кариотипа. Митотическая, зиготичес­кая и мейотическая полиплоидизация.

Полиплоидия – это увеличение числа гаплоидных наборов хромосом в клетках. В клетках организма вместо диплоидного набора хромосом может содержаться трёх, четырёх, шестиплоидный (до 12n) набор хромосом.

При этом увеличивается доза генов, а значит, изменяется генотип и фенотип. Такие мутации могут возникать в результате нарушения расхождения хромосом при митозе, при первом делении зиготы, а также в результате нарушения расхождения хромосом при мейозе. Поэтому различают митотическую, зиготическую и мейотическую полиплоидию.

Митотическая полиплоидия. Если нарушается расхождение хромосом в анафазу митоза, то в результате часть клеток в организме будут мутантными, а часть нормальными. Такое явление называется – мозаичная форма полиплоидии или мозаицизм.

Накануне митоза происходит репликация ДНК, и клетка вступает в митоз с удвоенным набором хромосом. Однако в анафазу хромосомы не расходятся к полюсам клетки, а остаются в одной клетке.

2n

2n  интерфаза  4n

зигота 2n

норма

0

2n  интерфаза  4n 4n

зигота 4n  интерфаза  8n

тетраплоидная 4n

клетка тетраплоидные

клетки

В результате образуется тетраплоидная клетка, далее в результате ее деления в организме образуется группа тетраплоидных клеток.

Зиготическая полиплоидия. Механизм такой же, как и при митотической полиплоидии, но хромосомы не расходятся при самом первом делении зиготы. В итоге образуется организм, у которого все клетки будут тетраплоидными.

Мейотическая полиплоидия. Нарушение расхождения хромосом может быть во время анафазы мейоза 1 или во время анафазы мейоза 2.

Р 2n x 2n P 2n x 2n

Г Г

F₁ 2n F₁ 3n n

норма триплоид гаплоид

После слияния гамет образуется триплоидная или тетраплоидная зигота, из которой разовьется соответствующий организм.

В живой природе тетраплоидных организмов больше, чем триплоидных, и тому есть несколько причин:

• тетраплоидные растения могут размножаться не только вегетативно, но и половым путем.

• тетраплоидные растения могут возникать не только за счёт мейотической полиплоидии, но и за счёт зиготической полиплоидии.

• большее количество цепей ДНК создает больше возможностей для скрытия рецессивных мутаций в гетерозиготном состоянии

4. Распространенность полиплоидии в живой природе. Фенотипическое про­явление.

В живой природе полиплоидия встречается у растений и используется в селекции растений. Полиплоидные растения имеют большую массу, в их клетках много питательных веществ, они более устойчивы во внешней среде. Полиплоидия используется в селекции растений для преодоления бесплодия у межвидовых гибридов.

У высших животных и человека полиплоидия встречается чаще в виде мозаичных форм, но всегда эта мутация приводит к гибели организма на ранних стадиях развития.

5. Анэуплоидия, механизмы возникновения. Мозаичные формы анеуплоидий у человека.

Анэуплоидия – это изменение числа отдельных хромосом в клетках организма. Такая мутация возникает в результате нарушения расхождения отдельных хромосом во время митоза или мейоза (чаще во время мейоза 1).

Если нарушается расхождение хромосом во время деления соматических клеток, то возникают мозаичные формы анеуплоидии. Чем больше мутантных клеток, тем ярче выражено то или иное заболевание.

Если нарушается расхождение хромосом во время мейоза 1, то возникают гаметы с измененным числом хромосом.

Если гамета несет лишнюю хромосому и сливается с нормальной гаметой, то образуется зигота, которая содержит лишнюю хромосому. Такая мутация называется – полисомия. Разновидностью полисомии является трисомия, когда зигота содержит на 1 хромосому больше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n + 1.

Если гамета несет на 1 хромосому меньше и сливается с нормальной гаметой, то возникает зигота, которая содержит на 1 хромосому меньше и развивающийся из неё организм имеет набор хромосом 2n – 1. Такая мутация называется – моносомия.

Р 46 х 46 Р 46 х 46

Г Г

F ₁ 46 F₁ 47 45

норма 2n + 1 2n – 1

трисомия моносомия

Анэуплоидии встречаются у всех организмов, у человека они являются причиной хромосомных болезней.

Анэуплоидии по половым хромосомам

Р 44ХY х 44ХХ Р 44ХY х 44ХХ

Г 22Х 22Y 22Х 22Х Г 22ХY 220 22Х 22Х

F ₁ 44ХХ; 44ХY F₁ 44ХХY 44Х

норма 2n + 1 2n – 1

трисомия моносомия

(с. Кляйнфельтера) (с. Шерешевского- Тернера)

Р 44ХY х 44ХХ 0 – отсутствие половых хромосом

Г 22Х 22Y 22ХХ 220

F₁ 44ХХХ , 44Y

2n + 1 2n – 1

Трисомия моносомия

(с. трисомии Х) (леталь)

При нарушении мейоза 1 половые хромосомы не расходятся к полюсам клетки и попадают в одну гамету: 22ХY, 22ХХ. Другая гамета лишена половых хромосом и содержит только аутосомы – 220.

При слиянии гамет с набором хромосом 22ХY, 220 и 22ХХ с нормальными гаметами образуются зиготы, из которых развиваются дети с синдромами Кляйнфельтера, Шерешевского – Тернера, трисомии Х.

6. Общая характеристика фенотипического проявления анэуплоидий у чело­века.

Если возникает моносомия по аутосомам, то такой организм погибает на ранних стадиях развития (чаще на стадии зиготы). Трисомии сопровождаются множественными пороками развития.

Больные, как правило, рано погибают или же страдают бесплодием, что не позволяет передавать анэуплоидию по наследству.

7. Хромосомные болезни, механизмы их развития, наследования, частота возникновения. Примеры наиболее распространенных хромосомных болез­ней, связанных с хромосомными абберациями и мутациями числа хромо­сом.

Хромосомные болезни – это наследственные болезни, причиной которых могут являться структурные мутации хромосом или мутации числа хромосом.

1. Синдром кошачьего крика (синдром Лежена). Частота рождения 1: 40- 50000.Вызывается делецией короткого плеча пятой хромосомы. Был так назван потому, что дети, страдающие этим заболеванием, имеют особый, жалобный, «мяукающий» тембр голоса.

2. Синдром Шерешевского-Тернера. Частота рождения 1:5000.У больных отсутствует одна Х-хромосома. Болеют только женщины. Их кариотип 45, ХО.

3. Синдром Клайнфельтера. В классическом варианте 47, ХХУ; (46 + Х). Частота рождения 1:500.

Кроме синдрома Клайнфельтера с двумя Х-хромосомами описаны его варианты с тремя и четырьмя Х-хромосомами: 48, ХХХУ; 49, ХХХХУ. Чем больше Х-хромосом в кариотипе больных, тем больше выражены фенотипические признаки заболевания и степень дебильности

4. Трисомия Х (ХХХ); 47 хр. (46 + Х). Частота рождения 1:5-7.000

Впервые описан в 1959 году у женщины с наличием двух телец полового хроматина,

Её кариотип которой состоял из 47 хромосом с тремя Х-хромосомами.

5. Синдром Дауна. В классическом варианте трисомия 21; 47 хр. (46 + третья 21 хр.). У 5-7% больных наблюдается транслокационный синдром. Частота рождения 1:700

6. Синдром Патау. Трисомия 13; 47 хр. (46 + третья 13 хр.). Частота рождения 1:5-7.000

7. Синдром Эдвардса. Трисомия 18. Частота рождения 1:7 – 10.000

Выявление хромосомных болезней:

• кариотипирование.

• выявление полового хроматина, или телец Барра (в случае анеуплоидии по половым хромосомам). Количество Х-хромосом на единицу больше количества телец Барра. (или количество телец Барра на одну единицу меньше количества Х-хромосом).

ЛЕКЦИЯ 12 Основные методы изучения наследственности человека.

1. Генетика человека, определение.

Генетика человека – это наука, изучающая наследственность и изменчивость человека.

Ежегодно в мире рождается 5–7 % детей с наследственными заболеваниями.

У человека известно большое количество заболеваний, имеющих в своей основе наследственную предрасположенность. Например: сахарный диабет, язвенная болезнь, гипертоническая болезнь. Таким образом, очевидно, что какие-то поломки в наследственном аппарате кочуют из одного поколения в другое.

Генетика человека подразделяеется на:

• собственно генетику человека, которая изучает наследственность и изменчивость человека в норме.

• медицинскую генетику, которая изучает причины и механизмы возникновения наследственных заболеваний, а также разрабатывает пути лечения и профилактики этих заболеваний.

2. Человек как специфический объект генетического анализа.

1. у человека известно большое количество хромосом и генов, что обеспечивает большое генетическое разнообразие людей.

2. в генетике человека не используется гибридологический метод, т.к. невозможно подбирать родительские пары для скрещивания.

3. человек поздно достигает половой зрелости

4. у человека малочисленное потомство, а у дрозофилы 1.000 потомков.

5. для человека характерна медленная сменяемость поколений. Например, у дрозофилы каждые 2 недели происходит смена поколения, а у человека только через ≈ 25 лет.

Пункты 3, 4, 5 затрудняют статистический анализ потомства

3. Основные методы изучения наследственности человека:

а) генеалогический

Это метод родословных, который давно используется в генетике человека. Человек, который первым попадает в поле зрения врача генетика, называется – пробанд. В отношении этого человека составляется родословная. Дети одной супружеской пары называются – сибсы.

Этот метод позволяет:

• определить является ли признак наследственным или он не наследственный (фенокопия).

• определить пенетрантность гена (степень проявления гена в признак, количественный показатель).

• определить тип наследования.

Типы наследования признаков.

Аутосомно-доминантный (карий цвет глаз, праворукость, многопалость, короткопалость).

• один из родителей больного ребенка, как правило, болен.

• признак проявляется в каждом поколении, то есть наследуется по вертикали.

• носителей рецессивного гена нет.

• признак в равной степени проявляется у обоих полов

• ген проявляется в признак в гетерозиготном состоянии

Аутосомно-рецессивный (голубой цвет глаз, леворукость, пятипалость, глухонемота, катаракта, муковисцидоз, галактоземия, фенилкетонурия).

• оба родителя могут быть здоровыми (гетерозиготные носители рецессивного гена).

• признак проявляется не в каждом поколении, то есть наследуется по горизонтали.

• вероятность рождения больного ребенка у гетерозиготных родителей 25%.

• признак в равной степени проявляется у обоих полов.

• ген проявляется в признак в гомозиготном состоянии, вероятность рождения больных детей увеличивается при близкородственных браках.

Х-сцепленный доминантный (цилиндроматоз – рак волосистой части головы).

• в 100% случаев отец больной, и передает заболевание дочерям.

• больной отец никогда не передает заболевание сыновьям.

Х-сцепленный рецессивный (гемофилия, дальтонизм)

• признак наследуется гораздо чаще мужчинами

• у матери ребенка этот признак может отсутствовать (носительница рецессивного гена)

• признак проявляется не в каждом поколении (через 1-2 поколения)

• в семье рождается половина мальчиков больными, половина девочек являются носительницами мутантно гена.

У-сцепленный, или голандрический (оволоснение ушной раковины, перепонки между пальцами, дифференцировка гонад по мужскому типу)

• признак наследуется только мужчинами

• признак проявляется в каждом поколении (все мальчики рождаются больными)

• отец ребёнка обязательно имеет этот признак.

б) близнецовый

На земле 1,5-2% близнецов. Бывают однояйцевые (монозиготные), и разнояйцевые (дизиготные) близнецы.

Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, имеют одинаковый генотип. Дизиготные близнецы развиваются из разных зигот и имеют разный генотип.

Если признаки у близнецов совпадают, то говорят о конкордантности признака.

Если признаки не совпадают, то говорят о дискордантности признака.

Этот метод позволяет:

• установить в какой мере признак обусловлен наследственностью, а в какой мере он обусловлен влиянием внешней среды

• установить степень пенетрантности (количественного проявления) и экспрессивности гена (степени выраженности, качественного проявления).

в) цитогенетический и молекулярно-цитогенетический (FISH – метод)

Основан на изучение хромосом на стадии метафазы митоза. Для исследований чаще берут лейкоциты крови или фибробласты кожи. Клетки, которые выделили, помещают в питательную среду, добавляют специальные вещества (митогены), которые вызывают митоз. Через 48 часов лейкоциты будут на стадии метафазы митоза. Деление клеток останавливают колхицином, который разрушает нити веретена деления. Далее хромосомы окрашивают и микроскопируют. Для идентификации хромосом используется дифференциальное окрашивание (у каждой хромосомы свой рисунок).

Этот метод применяется в диагностике хромосомных болезней, ибо он позволяет:

• установить число хромосом и их структуру

• установить число телец полового хроматина (телец Барра) в интерфазных ядрах.

г) популяционно-статистический

Он основан на законе Харди - Вайнберга. Математическое выражение закона: (Р+ g)² = P² + 2Pg + g² = 1

Р – частота встречае­мости доминантного гена

g – частота встречаемости рецессивно­го гена.

Суммы всех частот аллельных генов (и генотипов) = 1.

Этот метод позволяет:

• рассчитать частоту доминантного и рецессивного гена в популяции

• рассчитать частоту встречаемости гомозигот и гетерозигот в популяции

• установить степень пенетрантности и экспрессивности гена.

д) методы генетики соматических клеток

Из организма выделяют соматические клетки и помещают их в питательную среду. В питательной среде клетки живут, функционируют и выделяют продукты функциональной активности генов (белки). Эти продукты изучают и делают выводы о работе соответствующих генов.

Кроме того, можно провести гибридизацию клеток (in vitro – в стекле), т.е. соединить соматические клетки различных видов организмов и получить гибридные клетки. Чаще всего проводят гибридизацию клеток человека и мышей.

Полученная гибридная клетка начинает делиться, и при каждом делении из ядра выталкиваются хромосомы человека и разрушаются в цитоплазме. Наступает момент, когда гибридная клетка будет содержать все хромосомы мыши и только 1 хромосому человека. Гены, которые находятся в данной (человеческой) хромосоме обеспечивают синтез соответствующих белков, которые выделяются в питательную среду. Эти белки изучают и делают вывод о том, в какой именно хромосоме локализованы гены.

Этот метод используется для:

• построения генетических карт хромосом человека

• изучения работы генов

• выявления генных мутаций

з) биохимический метод (диагностика галактоземии)

Любая мутация отражается либо на наличии определённого белка в организме, либо на его активности. Поэтому по изменению количества или активности белка можно судить о наличии мутации. В крови новорождённого содержится моносахарид галактоза, который образуется при расщеплении дисахарида молока лактозы на глюкозу и галактозу. Галактоза непосредственно не усваивается организмом, она должна быть переведена специальным ферментом в усваиваемую форму – глюкоза-1-фосфат.

Наследственная болезнь галактоземия обусловлена нарушением функции гена, контролирующего синтез белка-фермента, превращающего галактозу в усваиваемую форму. В крови больных детей будет очень мало этого фермента и много галактозы, что устанавливается биохимическим анализом.

и) иммунологический метод

Изучают антигенный состав клеток различных тканей и органов человека. Антигены находятся на поверхности клеток, это чаще гликопротеиды, иногда мукополисахариды. За антигены отвечают соответствующие гены, и если антигенный состав меняется, то делают вывод о соответствующих генных мутациях. Метод важен при пересадке органов и переливании крови (гены групп крови по системе АВО находятся в 9 хромосоме).

к) метод ДНК–диагностики

Экспериментально получают ДНК зонды или РНК зонды, представляющие определенную последовательность нуклеотидов. Их метят радиоактивной меткой (Р₃₂).

Затем из клеток человека выделяют интересующие врача фрагменты ДНК, и с помощью полимеразной цепной реакции в течение 1 ч в пробирке получают миллионы копий этих фрагментов. Затем к фрагментам исследуемой ДНК подводят зонды. Если фрагмент ДНК и зонд взаимодействуют (по принципу комплементарности), то на рентгеновской пленке появится характерное свечение. Зная последовательность нуклеотидов в зонде можно узнать последовательность нуклеотидов во фрагменте ДНК человека. Если взаимодействия нет, можно сделать вывод о генной мутации. В настоящее время получены зонды к 21 хромосоме и к У-хромосоме. Метод удобен тем, что диагностику хромосомных болезней можно проводить на стадии интерфазы митоза.