Добавил:
Ozzii05
asman00000@mail.ru
Работаю на МРТ, учусь на стоматолога,делитесь со мной файлами в ТГ ozzii05
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тейлор, Грин, Стаут 3 том [2013].pdf
X
- •20.1.1. Продукты, подлежащие экскреции
- •20.1.2. Выделительные структуры
- •20.1.3. Экскреция у растений
- •20.2. Азотистые экскреты и окружающая среда
- •20.2.1. Аммиак
- •20.2.2. Мочевина
- •20.2.3. Мочевая кислота
- •20.3. Выделение азота и осморегуляция у некоторых животных
- •20.3.2. Простейшие
- •20.3.3. Насекомые
- •20.3.4. Пресноводные рыбы
- •20.3.5. Общие принципы водного баланса
- •20.5. Почки человека
- •20.5.1. Расположение и строение почек
- •20.5.2. Общий план строения и кровоснабжения нефрона
- •20.5.3. Гистология почки
- •20.5.4. Ультрафильтрация
- •20.5.5. Избирательная реабсорбция в проксимальном извитом канальце
- •20.5.6. Петля Генле
- •20.7. Регуляция содержания ионов натрия в крови
- •20.8. Регуляция pH крови
- •20.9. Болезни почек и их лечение
- •20.9.1. Почечная недостаточность
- •20.9.2. Гемодиализ
- •20.9.3. Перитонеальный диализ
- •20.9.4. Пересадка почек
- •20.10. Водосбережение у растений и водорослей
- •Глава 21. Размножение
- •21.1. Бесполое размножение
- •21.1.2. Царство грибов
- •21.1.3. Царство растений
- •21.1.4. Царство животных
- •21.3. Искусственное размножение растений — клонирование
- •21.3.1. Черенкование
- •21.3.2. Прививки черенками и почками
- •21.3.3. Размножение отводками
- •21.3.4. Культура ткани, или микрорепродукция
- •21.4. Половое размножение
- •21.5.2. Части цветка
- •21.5.3. Развитие пыльцевых зерен
- •21.5.4. Развитие семязачатка
- •21.5.5. Опыление
- •21.5.6. Оплодотворение
- •21.5.7. Развитие семени и плода
- •21.7. Репродуктивные системы человека
- •21.7.1. Мужская половая система
- •21.7.2. Женская половая система
- •21.7.3. Гаметогенез
- •21.7.5. Оогенез — развитие яйцеклеток
- •21.7.6. Гормональная регуляция оогенеза и менструального цикла
- •21.8.1. Половой акт
- •21.8.2. Прохождение спермиев к яйцу
- •21.8.3. Оплодотворение
- •21.8.4. Эффект оплодотворения
- •21.8.5. Имплантация
- •21.8.6. Ранние стадии зародышевого развития и внезародышевые оболочки
- •21.8.7. Развитие эмбриона и плода
- •21.8.8. Плацента
- •21.8.9. Обмен веществами между матерью и плодом
- •21.8.10. Вредные вещества, способные проходить через плаценту
- •21.8.11. Детерминация пола у развивающегося эмбриона
- •21.8.12. Роды
- •21.8.13. Лактация
- •21.9.1. Аборт
- •21.9.2. Бесплодие
- •21.9.3. Лечение бесплодия
- •Глава 22. Рост и развитие
- •22.1. Что такое рост?
- •22.2. Измерение роста
- •22.2.1. Способы измерения роста
- •22.2.2. Типы кривых роста
- •22.3. Типы роста
- •22.3.1. Изометрический и аллометрический рост
- •22.3.2. Ограниченный и неограниченный рост
- •22.3.3. Рост у членистоногих
- •22.4. Рост и развитие цветковых растений
- •22.4.1. Состояние покоя у семян
- •22.4.2. Прорастание
- •22.4.3. Первичный рост растения
- •22.4.4. Первичный рост побега
- •22.4.5. Первичный рост корня
- •22.5.1. Гипофиз и гормон роста
- •22.5.2. Щитовидная железа и рост
- •22.5.3. Гонады и рост
- •22.5.4. Кора надпочечников и рост
- •23.1. Хромосомы
- •23.1.1. Хромосомы и кариотип
- •23.1.2. Гаплоидные и диплоидные клетки
- •23.1.3. Для чего существуют два способа деления ядра?
- •23.1.4. Краткие выводы
- •23.2. Клеточный цикл
- •23.3. Митоз
- •23.3.1. Центриоли и образование веретена
- •23.3.2. Деление клетки
- •23.4.2. Значение мейоза
- •23.4.3. Сопоставление митоза и мейоза
- •23.5. Структура хромосом
- •23.3.4. Краткие выводы
- •23.3.5. Значение митоза
- •23.4. Мейоз
- •23.4.1. Краткие выводы
- •23.6. ДНК
- •23.6.1. Данные, указывающие на роль ДНК в наследственности
- •23.6.2. Репликация ДНК
- •23.7. Природа генов
- •23.7.1. Что такое гены
- •23.7.3. Триплетный код
- •23.7.4. Расшифровка кода
- •23.7.5. Характеристики генетического кода
- •23.8. Синтез белка
- •23.8.1. Роль РНК
- •23.8.2. Матричная РНК
- •23.8.3. Рибосомная РНК
- •23.8.4. Транспортная РНК
- •23.8.5. Резюме
- •23.8.6. Транскрипция
- •23.8.7. Трансляция
- •23.8.8. Некодирующая ДНК
- •23.9. Регуляция генной активности
- •23.9.1. Гипотеза Жакоба–Моно
- •23.9.2. Индукция ферментов
- •23.9.3. Репрессия ферментов
- •23.9.4. Регуляция метаболических путей
- •23.9.5. Модификация гипотезы оперона
- •24.1. Исследования Менделя
- •24.1.2. Анализирующее скрещивание
- •24.1.3. Наследование при дигибридном скрещивании и закон независимого распределения
- •24.1.4. Краткое изложение законов Менделя
- •24.2.1. Поведение хромосом как основа независимого распределения
- •24.3. Сцепление
- •24.3.1. Кроссинговер и частота рекомбинаций
- •24.4. Генетические карты
- •24.5. Группы сцепления и хромосомы
- •24.5.1. Гигантские хромосомы и гены
- •24.6. Определение пола
- •24.6.1. Наследование, сцепленное с полом
- •24.7. Взаимодействие между генами
- •24.7.1. Кодоминантность
- •24.7.2. Множественные аллели
- •24.7.3. Летальные гены
- •24.7.4. Генные комплексы
- •24.7.5. Эпистаз
- •24.7.6. Полигенное наследование
- •24.8. Изменчивость
- •24.8.1. Дискретная изменчивость
- •24.8.2. Непрерывная изменчивость
- •24.8.3. Влияние среды
- •24.8.4. Источники изменчивости
- •24.9. Мутации
- •24.9.1. Частота мутаций и их причины
- •24.9.2. Хромосомные мутации
- •24.9.3. Генные мутации
- •24.9.4. Значение мутаций
- •Глава 25. Прикладная генетика
- •25.1. Генная инженерия бактерий
- •25.1.1. Обзор
- •25.1.3. Этап 2. Встраивание генов в вектор
- •25.1.4. Этап 3. Введение вектора в хозяйскую клетку
- •25.1.5. Этап 4. Клонирование ДНК
- •25.1.6. Отбор бактерий, содержащих нужный ген
- •25.2. Использование бактерий, полученных с помощью методов генной инженерии
- •25.2.1. Инсулин человека
- •25.2.2. Гормон роста человека
- •25.2.3. Бычий соматотропин (БСТ)
- •25.2.4. Удаление нефтяных разливов
- •25.3. Генная инженерия эукариотических объектов
- •25.4. Трансгенные растения
- •25.4.1. Введение новых генов в растения
- •25.4.4. Культуры, устойчивые к гербицидам
- •25.4.5. Азотфиксация
- •25.4.6. Трансгенные томаты
- •25.4.7. Другие направления генной инженерии растений
- •25.5. Трансгенные животные
- •25.5.1. Введение новых генов в организм животных
- •25.5.2. Белковые препараты медицинского назначения, получаемые из молока
- •25.5.3. Гормон роста
- •25.5.4. Выводы
- •25.6. Преимущества и риск — этические и социальные проблемы генной инженерии
- •25.6.1. Безопасность человека
- •25.6.2. Безопасность окружающей среды
- •25.6.3. Животные и этика
- •25.6.4. Патентование
- •25.6.5. Страхование
- •25.6.6. Клонирование
- •25.7. Генетика человека
- •25.7.1. Сфера генетики человека
- •25.7.2. Серповидноклеточная анемия
- •25.7.3. Муковисцидоз
- •25.7.4. Фенилкетонурия
- •25.7.5. Хорея Гентингтона
- •25.7.6. Синдром Дауна
- •25.7.7. Синдром Клайнфельтера
- •25.7.8. Синдром Тернера
- •25.7.10. Генетическое консультирование
- •25.7.11. Генная терапия
- •25.7.12. Генетическая дактилоскопия и генотипирование
- •25.7.13. Трансплантационная хирургия и главный комплекс гистосовместимости (МНС)
- •26.1. Теории возникновения жизни
- •26.1.1. Креационизм
- •26.1.3. Теория стационарного состояния
- •26.1.4. Теория панспермии
- •26.1.5. Биохимическая эволюция
- •26.2. Природа первых организмов
- •26.4. Теория эволюции
- •26.4.1. Теория эволюции Ламарка
- •26.5. Естественный отбор
- •26.6. Современные представления об эволюции
- •26.7.1. Палеонтология
- •26.7.2. Географическое распространение
- •26.7.3. Классификация
- •26.7.4. Селекция растений и животных
- •26.7.5. Сравнительная анатомия
- •26.7.6. Адаптивная радиация
- •26.7.7. Сравнительная эмбриология
- •26.7.8. Сравнительная биохимия
- •26.7.9. Заключение
- •26.8. Эволюция человека
- •26.8.1. Филогенез человека
- •26.8.2. Каменные орудия
- •26.8.3. Язык
- •26.8.4. Социальное поведение людей
- •26.8.5. Искусство и религия
- •27.1. Популяционная генетика
- •27.1.1. Генофонд
- •27.1.2. Частоты аллелей
- •27.1.3. Частоты генотипов
- •27.1.5. Следствия, вытекающие из уравнения Харди–Вайнберга
- •27.2. Факторы, вызывающие изменения в популяциях
- •27.2.1. Неслучайное скрещивание
- •27.2.2. Дрейф генов
- •27.2.3. Генетический груз
- •27.2.4. Поток генов
- •27.3. Отбор
- •27.3.1. Стабилизирующий отбор
- •27.3.2. Направленный отбор
- •27.3.3. Дизруптивный отбор
- •27.3.4. Интенсивность давления отбора
- •27.4. Искусственный отбор
- •27.4.1. Инбридинг
- •27.4.2. Аутбридинг
- •27.4.3. Искусственный отбор у человека
- •27.5. Естественный отбор
- •27.5.1. Полиморфизм
- •27.6. Концепция вида
- •27.6.1. Географические расы
- •27.6.2. Экологические расы (экотипы)
- •27.6.3. Клины
- •27.7. Видообразование
- •27.8. Внутривидовое видообразование
- •27.8.1. Изолирующие механизмы
- •27.8.2. Аллопатрическое видообразование
- •27.8.3. Симпатрическое видообразование
- •27.8.4. Кольцевые виды
- •27.9. Межвидовая гибридизация
- •Ответы и обсуждение
- •Приложения
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •Приложение 3
- •Приложение 4
- •Указатель латинских названий
- •Предметный указатель
- •Оглавление

240 Глава 25
лекулярных биологов, имеющих международное
признание, собралась в Калифорнии и решила,
что до тех пор пока риск не будет оценен точно,
на исследования в области генной инженерии
следует наложить мораторий. Это был выдаю
щийся пример ограничения научного прогресса,
на котором настаивало не правительство, а само
научное сообщество. Работа с онкогенными ви
русами была приостановлена. В 1976 г. в США и
Великобритании были сформированы специ
альные комитеты, призванные выработать меры
безопасности. Только после того как соответст
вующие правила были приняты, исследования
онкогенных вирусов было разрешено продол
жить. Но и по сей день проводятся тщательные
проверки безопасности применяемых процедур.
Продолжаются дебаты о том, насколько строги
ми должны быть правила и инструкции. Число
сторонников ужесточения таких мер растет и в
Европе, и в США.
В 1980х годах наблюдался взрыв интереса к
генной инженерии. Промышленные компании
начали вкладывать миллиарды долларов не в те
оретическую молекулярную биологию, а в реше
ние прикладных задач. Родилась новая индуст
рия — биотехнология. В данной главе и в гл. 12
рассматриваются некоторые примеры примене
ния биотехнологии в сельском хозяйстве, меди
цине, промышленности, а также при переработ
ке отходов; в конце данной главы обсуждаются
такие важные аспекты биотехнологии, как ген
ная терапия и геномная дактилоскопия.
25.6.1. Безопасность человека
Первым разрешенным к продаже пищевым про
дуктом, содержащим рекомбинантную ДНК,
были трансгенные томаты (разд. 25.4.6). На этом
примере мы рассмотрим вопросы, касающиеся
безопасности трансгенных пищевых продуктов.
Одна из главных проблем безопасности свя
зана с векторами, которые используются для
трансформации клеток растений. Они содержат
гены устойчивости к антибиотикам, чаще всего к
канамицину. Эти гены оказываются в геноме
трансформированного растения вместе с нуж
ным геном (рис. 25.1). Трансгенные томаты со
держат именно такой ген. Беспокойство вызыва
ет тот факт, что после того, как томат съеден, ген
устойчивости к канамицину может попасть в ге
ном бактерии E. coli, обитающей в кишечнике
человека. Поскольку бактерии выводятся из ор
ганизма вместе с фекалиями, ген может распро
страниться в окружающей среде и передаться
другим болезнетворным бактериям, которые,
попав в организм человека, окажутся устойчи
выми к антибиотикам. На самом деле ген томата
вместе со всей остальной ДНК будет скорее все
го переварен в желудке, но даже если этого не
произойдет, вероятность того, что ген пройдет
через серию организмов, чрезвычайно мала.
Кроме того, ген устойчивости к канамицину,
к сожалению, уже распространен в окружающей
среде. Тем не менее исследователи продолжают
искать способы удаления маркерных генов после
трансформации.
В 1996 г. Европейский Союз дал разрешение
на ввоз из США генетически модифицирован
ной кукурузы. Кукуруза содержит бактериаль
ный ген, повышающий ее устойчивость к вреди
телям и болезням, а кроме того, ген устойчиво
сти к антибиотику ампициллину. Защитники
природы выступают против внедрения такой ку
курузы и угрожают акциями протеста.
Общественность крайне обеспокоена появ
лением продуктов, полученных с помощью
генной инженерии, между тем компании, вло
жившие миллионы фунтов стерлингов в иссле
дования и разработку таких продуктов, очень
заинтересованы в их безопасности. Например,
компания PPL, которая производит противоэм
физемный препарат ААТ, привозит всех овец
для экспериментов из Новой Зеландии, чтобы
быть уверенными, что они не являются носите
лями болезни, напоминающей коровье бешен
ство. Трансгенным козам, которых компания
«Genzyme Transgenics» использует для производ
ства моноклональных антител, дают корм без пе
стицидов и гербицидов. Кроме того, в их рацион
запрещено вводить какиелибо белки или жиры
животного происхождения, чтобы исключить
любую возможность переноса болезни от других
животных человеку. Таким образом, эти продук
ты, возможно, даже безопаснее многих традици
онных видов пищи.
25.6.2. Безопасность окружающей среды
В разд. 25.4.3 рассматривалась возможность со
здания сельскохозяйственных растений, устой
чивых к фитопатогенным вирусам. Поскольку
в этом случае в качестве вектора для переноса
нужных генов используют вирус табачной моза
ики (ВТМ), не исключено, что в ходе экспери

Прикладная генетика 241
ментов в белковую оболочку ВТМ упакуется
ДНК фитопатогенного вируса. Такой вирус мо
жет заразить все растения, которые инфициру
ются ВТМ. Чтобы застраховать себя от подобных
инцидентов, при создании устойчивых форм
растений необходимо проводить широкие испы
тания в естественных условиях.
Как Северная Америка, так и Европа вырабо
тали правила, регламентирующие высвобож
дение в окружающую среду генетически моди
фицированных организмов (ГМО). Каждая
странаучастник ЕЭС имеет свои собственные
контролирующие органы. Все случаи использо
вания ГМО обсуждаются в печати. Например,
широкая полемика развернулась вокруг приме
нения созданных методом генной инженерии
«iceminus»бактерий. Исходная бактерия обита
ет на многих сельскохозяйственных растениях и
делает их чувствительными к заморозкам, так
как белок, который она выделяет, способствует
образованию кристаллов льда на растениях.
С помощью генной инженерии были получены
так называемые «iceminus»бактерии, у которых
был удален ген, кодирующий этот белок. Цель
состояла в том, чтобы разбрызгивая суспензию
таких бактерий на растения, например на земля
нику, сделать их более устойчивыми к замороз
кам. Развернулись горячие дебаты об опасности
высвобождения ГМО в окружающую среду, тем
не менее разрешение на применение модифици
рованных бактерий было получено. После этого
случая правила сделали более четкими и менее
ограничительными.
Первое разрешение на широкое использо
вание ГМО в Великобритании было выдано
Департаментом охраны окружающей среды в
1994 г. Организм, который был получен бельгий
ской компанией «Plant Genetic Systems» (PGS),
представлял собой новый сорт масличного рап
са, несущего ген устойчивости к гербициду Basta
(разд. 25.4.4). К тому времени в Великобритании
было проведено более 60, а в Северной Амери
ке — более 1000 мелкомасштабных полевых
испытаний этого трансгенного растения. По
мнению фирмыразработчика опасность от та
кого рапса для окружающей среды минимальна.
Проблема, однако, состоит в том, что за предела
ми поля, на котором он посеян, трансгенный
рапс превращается в опасный сорняк, от которо
го невозможно избавиться с помощью гербицида
Basta. Кроме того, он может перекрестно опы
лять родственные растения, например дикую
горчицу, и таким образом передавать устойчи
вость к гербициду диким растениям.
Другая проблема состоит в том, что создание
устойчивых к гербицидам растений может при
вести, по мнению некоторых ученых, к необхо
димости использовать все большие количества
гербицидов, в частности гербицида Basta, хотя
заинтересованные компании утверждают, что
напротив, расход гербицидов уменьшится, по
скольку они будут более эффективны.
Повидимому, таким же образом трансген
ные растения могут передавать сорнякам устой
чивость к болезням, засухе и другим стрессовым
факторам; образовавшиеся при этом «суперсор
няки» очень быстро заполняют сельскохозяйст
венные угодья. Серьезную угрозу окружающей
среде может представлять и рыба, полученная с
помощью генной инженерии, например гигант
ский лосось, упомянутый в разд. 25.5.3. Его
содержат в отгороженных водоемах, однако из
вестно, что птицы, охотясь на мальков, могут ро
нять их и в открытом море. К каким последстви
ям это приведет, не нарушится ли баланс в диких
популяциях лосося, неизвестно. Несмотря на
существующие опасения, промышленное про
изводство ГМО во многих странах наращивает
ся. Пока никаких заметных вредных воздейст
вий на окружающую среду зафиксировано не
было.
25.6.3. Животные и этика
Люди часто полагают, что в силу своего разума
имеют право переделывать другие организмы
ради собственного блага. Однако в последние
годы такая антропоцентристская точка зрения
стала многими пересматриваться. Важным мо
тивом создания модифицированных животных
является коммерческая выгода, но рассчитана
ли биологическая «конструкция» животных на
то, чтобы противостоять дополнительным
стрессам, вызываемым повышенной продук
цией молока, мяса, яиц и других продуктов,
неизвестно. Неизвестно также, чем может обер
нуться встраивание генов человека в геном ла
бораторных животных — методика широко ис
пользуемая ныне для изучения молекулярных
механизмов многих болезней. Несмотря на все
перечисленные опасения, получение генетиче
ски модифицированных животных для нужд
сельского хозяйства, фармакологии и медици
ны — это реалии нашей жизни, а сами транс

242 Глава 25
генные животные — несомненно самые ухо
женные в мире.
25.6.4. Патентование
В 1992 г. одна американская биотехнологическая
компания пыталась запатентовать полученные
ими с помощью генной инженерии новые сорта
хлопка и сои. При этом фермеры должны были
бы каждый год платить отчисления владельцу
патента за то, что используют эти культуры. Не
смотря на то, что патентование было разрешено,
эти патенты были оспорены международным со
обществом. В 1991 г. Национальный институт
здоровья США пытался запатентовать геном
человека, однако после многочисленных протес
тов от разных стран заявка была отозвана. Тем не
менее в США после определения последователь
ности нуклеотидов был запатентован ген чело
века, ответственный за рак молочной железы
(BRCA1), и делаются попытки запатентовать
второй такой ген (BRCA2).
Некоторые европейские компании пытаются
отнять у фермеров права на потомство от транс
генных животных. Европарламент и националь
ные правительства должны сбалансировать инте
ресы фермеров, производителей и потребителей.
25.6.5. Страхование
В 1997 г. в Великобритании была созвана комис
сия по этическим проблемам генетических ма
нипуляций. На повестке дня был вопрос о стра
ховых компаниях. Должны ли такие компании в
своей деятельности ориентироваться на резуль
таты генетических тестов. Следует ли им отказы
вать в страховании или повышать страховые
взносы людям, для которых высока вероятность
смерти от определенной болезни, например от
рака легких или болезни сердца? Страховые ком
пании утверждают, что им следует иметь доступ
к результатам любых генетических тестов, кото
рые проводятся с человеком, страхующим свою
жизнь.
25.6.6. Клонирование
Клонирование овцы Долли в 1997 г. было неиз
бежным следствием прогресса, достигнутого в
генетике и биотехнологии (разд. 21.1.4). Теперь
появилась возможность создания множества
идентичных копий животных, обладающих нуж
ными признаками. Одна из этических проблем
состоит в том, что этот метод может быть приме
нен и к людям, хотя в настоящее время такие ра
боты запрещены.
25.7. Генетика человека
25.7.1. Сфера генетики человека
Примерно 1% всех живых новорожденных со
ставляют дети, у которых выявляют какоени
будь генетическое нарушение (в Великобрита
нии это около 40 новорожденных ежедневно).
Высокий процент детской смертности обуслов
лен именно такими нарушениями. Примерно
каждый из 20 детей, поступающих в больницы в
Великобритании, имеет наследственную пато
логию и у одного из 10 человек раньше или позже
разовьется заболевание, которое было унаследо
вано. Кроме того, определенные гены повышают
вероятность некоторых заболеваний во взрос
лом возрасте, другими словами, обусловливают
предрасположенность (например, к ишемиче
ской болезни сердца, раку молочной железы или
диабету). Поскольку мутация возможна в каж
дом гене, а у человека примерно 100 000 генов,
теоретически возможны тысячи генетических
заболеваний. Зарегистрировано около 4000 забо
леваний, которые обусловлены нарушением в
одномединственном гене, однако с появлением
новейших генетических методов это число быст
ро увеличивается. Для 600 из этих болезней изве
стны биохимические нарушения. Не исключено,
что каждый из нас является носителем 4–8 раз
личных наследственных заболеваний, от кото
рых мы сами не страдаем, но они могут передать
ся нашим детям. Некоторые мутации являются
летальными, другие обусловливают те или иные
отклонения. Есть мутации,которые не влияют на
жизнеспособность их носителей, однако есть и
такие, в результате которых организм приобре
тает как преимущества, так и недостатки, напри
мер мутация, обусловливающая серповиднокле
точную анемию (об этой болезни речь будет идти
позже).
До недавних пор генетические болезни
считались неизлечимыми, однако в настоящее
время ситуация меняется; лечение некоторых
наследственных патологий становится возмож
ным; эту тему мы обсудим в разд. 25.7.11. По
мере накопления знаний о наследственных бо
лезнях человека увеличивается потребность в
консультировании. Специалистыгенетики дол

Прикладная генетика 243
жны помочь людям осмыслить заключения вра
ча. Подробнее на генетическом консультирова
нии мы остановимся в разд. 25.7.9 и 25.7.10.
однако есть и другие, имеющие большое прак
тическое значение. Два из них — генетическая
дактилоскопия и генетическая совместимость
при пересадке органов — будут рассмотрены
ниже (разд. 25.7.12 и 25.7.13). На рубеже XX и
25.1. Приведите по одному аргументу
экономического и социального плана
в поддержку изучения наследственных
болезней.
XXI столетий ученым удалось расшифровать
полную нуклеотидную последовательность
ДНК человека, однако локализация всех генов
на 46 хромосомах еще не установлена. Во всем
мире в рамках проекта «Геном человека» груп
пы исследователей решают эту сложнейшую
задачу.
Изучение наследственных болезней — одно
из важнейших направлений генетики человека
Таблица 25.3. Некоторые наиболее распространенные наследственные заболевания
Генетическое Нарушена Тип Характер Основные Нарушение Частота
заболевание/ хромосома мутации наследования симптомы
нарушение
Генные мутации
клеточная ане
Замена11Серповидно
мия
Кодоминантное
(иногда описыва
ется как рецес
сивное) аутосом
ное
По мере углубления наших знаний о геноме
человека, возникают проблемы, которые долж
1
Анемия и нару
шение кровооб
ращения
Аномальная
молекула ге
моглобина
1 на 1600 сре
ди черного
населения
урия
(болезнь)
Гентингтона
7Муковисцидоз
4Хорея
В 70% случаев
делеция трех
оснований
Замена12Фенилкетон
Недавно откры
тый новый тип
мутаций — нор
мальный ген
имеет 10–34 по
второв ЦАГ на
конце, а мутант
ный ген имеет
42–100 повторов
ЦАГ
ЗаменаХГемофилия
Рецессивное ау
тосомное
Рецессивное ау
тосомное
Доминантное
аутосомное
Рецессивное
сцепленное с
полом
Необычайно гу
стой секрет в
легких, печени,
поджелудочной
железе
Мозг не развива
ется нормально
Постепенное раз
рушение ткани
мозга, начинаю
щееся обычно в
среднем возрасте
Кровь не сверты
вается
Нарушение ме
ханизма тран
спорта ионов
хлора в мемб
ранах эпители
альных клеток
ность фенил
аланингидр
оксилазы
Подавлен ме
таболизм кле
ток мозга
структура
фактора VIII
или IX
1 на 1800 сре
ди белого на
селения
1 на 18 000Недостаточ
от 1 на 10 000
до 1 на 20 000
1 на 7 000Нарушена

244 Глава 25
Таблица 25.3. Продолжение
Генетическое Нарушена Тип Характер Основные Нарушение Частота
заболевание/ хромосома наследования симптомы
нарушение
Хромосомные аберрации
21Синдром
Дауна
Синдром
Клайнфельтера
Синдром
Тернера
1
Аутосомная мутация — мутация, затрагивающая неполовую хромосому (аутосому). Моносомия — нехватка одной хромосомы
(2n – 1). Трисомия — присутствие дополнительной хромосомы (2n + 1). Моносомия и трисомия — варианты анеуплоидии, где
полный набор хромосом не является кратным гаплоидному набору.
Поло
вые
Поло
вые
ны обсуждаться обществом в целом, а не только
генетиками и молекулярными биологами. Вы,
может быть, уже читали о генах «интеллигентно
сти» и «преступности», или генах, ответственных
за гомосексуальное поведение. Некоторые из
этих проблем, относящихся к генетическому
скринингу, генной терапии и генетической дак
тилоскопии, будут обсуждаться в этой главе.
Чтобы разобраться в данном материале, вам по
надобится знание основных законов генетики,
природы гена и хромосомных мутаций. В табл.
Дополнитель
ная хромосома
21 (трисомия)
Дополнитель
ная Ххромосо
ма у мужчин
(трисомия)
Отсутствие Х
хромосомы у
женщин (моно
сомия)
цатилетнего афроамериканца, который посту
пил в больницу с жалобами на лихорадку, голо
вную боль, слабость, головокружение и кашель.
Лимфатические узлы пациента были увеличены,
сердце имело аномально большие размеры, а мо
ча свидетельствовала о заболевании почек. Од
нако наиболее удивительными были результаты
анализа крови. Эритроциты пациента под мик
роскопом имели вместо круглой серповидную
форму (рис. 25.20). Содержание гемоглобина со
ставляло примерно половину нормы; другими
Пониженный
интеллект, ха
рактерные чер
ты лица
мужчина
щина
1 на 750
1 на 500Женоподобный
1 на 2 500Бесплодная жен
25.3 содержатся сведения о наиболее распрост
раненных наследственных заболеваниях, кото
рые мы будем рассматривать в последующих раз
делах.
25.7.2. Серповидноклеточная анемия
Это заболевание имеет моногенную природу,
т. е. обусловлено однойединственной мутацией
в гене. Серповидноклеточная анемия — яркий
пример роли естественного отбора в регуляции
частоты гена в популяции.
В 1904 г. молодой врач из Чикаго по имени
Джеймс Херрик (James Herric) обследовал двад
Рис. 25.20. Серповидные эритроциты.

Прикладная генетика 245
словами, юноша страдал от анемии. Через четы
ре недели пациента выписали, однако Херрик
опубликовал описание этого случая лишь 6 лет
спустя. Вскоре после этого в печати появилось
множество сообщений о пациентах с аналогич
ными симптомами и началось исследование
причины их недомогания.
Выяснилось, что болезнь (ее назвали серпо
видноклеточной анемией) чаще встречается среди
афроамериканцев, имеет генетическую природу,
а ген, вызывающий ее, наследуется, повидимо
му, рецессивно. Человек заболевает только в том
случае, если несет 2 копии мутантного гена, одна
из которых унаследована им от матери, другая —
от отца; иными словами, заболевший всегда
является гомозиготным по этому гену. Если в ге
номе присутствует только одна копия гена сер
повидноклеточности, то ее обладателя называют
гетерозиготным носителем. Подсчитано, что
ежегодно во всем мире от серповидноклеточной
анемии умирает около 100 000 человек. Болезнь
особенно распространена в Африке, Пакистане
и Индии.
Симптомы
Основные признаки заболевания — анемия, а
также изменение формы эритроцитов (серпо
видность) при низких концентрациях кисло
рода. Серповидные эритроциты, скапливаясь
в капиллярах и мелких сосудах, препятствуют
нормальному току крови и, следовательно,
не способны в должной мере обеспечить клет
ки кислородом. В результате может наблю
даться целый спектр вторичных симптомов
(рис. 25.21). Особенно поражаются почки и сус
тавы. Закупорка кровеносных сосудов вызывает
сильные боли в руках, ногах, спине и желудке.
Суставы теряют подвижность, становятся бо
лезненными, руки и ноги отекают. Больные
чрезвычайно подвержены инфекциям и часто
погибают именно от них.
Дети с серповидноклеточной анемией обыч
но чувствуют себя хорошо и ведут относительно
нормальный образ жизни, хотя время от времени
могут испытывать сильные боли и слабость, свя
занную с анемией.
Причина
глобин больных серповидноклеточной анемией
(HbS) отличается от гемоглобина нормальных
здоровых людей (HbA). С помощью электро
фореза — метода, который позволяет разделять
белки по их суммарному заряду — было уста
новлено, что при рН 6,9 суммарный заряд HbS
является положительным, тогда как для HbA он
отрицателен. Таким образом, впервые было по
казано, что болезнь вызывается дефектной моле
кулой гемоглобина. В 1956 г. Ингрэм показал,
что различие между нормальным и аномальным
гемоглобином определяется одной аминокисло
той, а затем были установлены полные амино
кислотные последовательности HbA и HbS.
Гемоглобин состоит из четырех полипептидных
цепей (рис. 3.36): двух Dцепей и двух Eцепей
длиной соответственно 141 и 146 аминокислот
ных остатков. Нарушение происходит в шестой
аминокислоте Eцепи. В нормальном гемоглоби
не на этом месте должна быть глутаминовая кис
лота. Однако в HbS она заменена на валин. С по
мощью кода для обозначения аминокислот
(табл. 23.4) это можно изобразить следующим
образом:
HbA Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Гл у —Глу—Лиз—
HbS Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Вал—Глу—Лиз—
Амино
кислоты: 1 2 3 4 5 6 7 8
Глутаминовая кислота несет отрицательный
заряд и является полярной, тогда как валин
является неполярным и гидрофобным. Наличие
валина делает ненасыщенный кислородом ге
моглобин менее растворимым. Поэтому, когда
HbS теряет свой кислород, молекула выводится
из раствора и кристаллизуется в виде жестких
стержнеобразных волокон. При этом изменяется
форма эритроцитов, которая в норме представ
ляет собой плоский круглый диск. Причиной,
вызывающей замену аминокислоты, является
мутация в ДНК, кодирующей эту аминокислоту.
Обратившись к табл. 23.4, вы можете понять, ка
ким образом возникает это изменение. В мРНК
возможными кодонами для этих двух аминокис
лот являются следующие:
Глу: ГАА ГАГ
Вал: ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
В 1949 г. группа исследователей, возглавляемая
Лайнусом Полингом, обнаружила, что гемо
Следовательно, комплементарные триплет
ные кодоны в ДНК таковы:

Рис. 25.21. Некоторые из возможных эффектов серповидноклеточной анемии.

Глу: ЦТТ ЦТЦ
Вал: ЦАА ЦАГ ЦАТ ЦАЦ
Для того чтобы запись изменилась с Глу на
Вал, нужно во второй позиции триплета заме
нить Т (тимин) на А (аденин). Такая мутация на
зывается заменой основания. В настоящее время
мы знаем, что в гене Eглобина кодон ЦТЦ заме
нен на ЦАЦ, и что этот ген находится на хромо
соме 11.
У гетерозиготных особей примерно половина
молекул представлена HbS и половина — HbA,
т. е. аллели HbA и HbS кодоминантны. У таких
людей болезнь обычно не проявляется, за иск
лючением ситуаций, когда концентрация кисло
рода очень сильно снижена, например при
подъеме на большую высоту.
Из рис. 25.22 видно, что если оба родителя
являются гетерозиготными носителями серпо
видноклеточной анемии, то вероятность пора
жения их детей составляет 1/4. Фенотип уста
навливают с помощью анализа крови. Если
в семье были случаи заболевания, то потенци
альным родителям следует посоветовать сде
лать анализ крови, прежде чем решиться на
рождение ребенка. В настоящее время доступна
и пренатальная диагностика. Ее проводят либо
с помощью гибридизации, используя в качестве
зонда ген HbS, либо с помощью рестрикцион
ного анализа. Клетки плода получают путем
амниоцентеза или биопсии ворсинок хориона
(разд. 25.7.9).
В истории с изучением серповидноклеточ
ной анемии есть неожиданный поворот. Гене
тикам показалось странным, что мутация, при
носящая очевидный вред ее обладателю, столь
широко распространена в популяции. Для объ
яснения этого факта была высказана гипотеза,
согласно которой данная мутация в некоторых
условиях может создавать носителю определен
ные преимущества. И такое преимущество
действительно было выявлено. На рис. 25.23
представлены карты распространенности сер
повидноклеточной анемии и малярии. Ареалы
совпадают довольно точно; там, где чаще встре
чается малярия, более распространен и мутант
ный ген. В некоторых районах Африки его
частота достигает 40% (40% HbS, 60% HbA в по
пуляции). В тех районах, где распространена
малярия, она является главной причиной смер
тности, между тем носители поврежденных ге
нов гораздо менее чувствительны к малярии
Прикладная генетика 247
Рис. 25.22. Генетическая диаграмма, на которой изо
бражены возможные генотипы и фенотипы детей
двух родителей, гетерозиготных по гену серповидно
клеточности.
Рис. 25.23. Распределение гена серповидноклеточной
анемии (А) и малярии в Африке, на Среднем Востоке,
в Индии и на юге Европы (Б).

248 Глава 25
(малярийный паразит размножается только
внутри нормальных эритроцитов). Несмотря на
то, что гомозиготные больные серповиднокле
точной анемией часто умирают, не достигнув
репродуктивного возраста, гетерозиготные
носители имеют селективное преимущество над
неносителями и поэтому имеют больше шансов
выжить и передать свои гены следующему
поколению. Итоговая частота гена в популяции
варьирует в зависимости от заболеваемости ма
лярией. Такое явление называется сбалансиро
ванным полиморфизмом (разд. 25.7.5).
25.7.3. Муковисцидоз
Муковисцидоз — генетическое заболевание,
наиболее распространенное среди жителей се
верной части Европы и белых американцев.
Ген, ответственный за заболевание, локализует
ся в аутосоме (не сцеплен с полом) и наследуется
рецессивно. В названных выше популяциях каж
дый из 20–25 человек является носителем, а каж
дый из 2000 — заболевшим. Среди африканцев
и азиатов заболевание встречается реже, чем
в 1 случае на 100 000 новорожденных. Муковис
цидоз представляет собой особый интерес не
только изза его широкой распространенности,
но и потому, что это одно из первых наследст
венных заболеваний, которое пытались лечить
(разд. 25.7.11). Как и в случае серповидноклеточ
ной анемии, широкая распространенность му
ковисцидоза указывает на то, что носители при
определенных условиях имеют преимущество
над людьми с нормальным генотипом. Пока не
понятно, в чем заключается это преимущество;
возможно, оно определяет повышенную устой
чивость к холере — болезни, которая вплоть до
конца XIX столетия была основным убийцей
в Европе.
Причина
Причиной заболевания является рецессивная
мутация в гене, локализованном на хромосоме 7.
Ген кодирует белок из 1480 аминокислот, распо
ложенный в мембране эпителиальных клеток.
С помощью этого белка ионы хлора проходят
внутрь эпителиальных клеток и выходят из них.
У больных муковисцидозом этот канал не функ
ционирует. Поскольку ген рецессивен, больные
являются гомозиготами и несут две копии по
врежденного гена.
Ген, ответственный за муковисцидоз, был
клонирован в 1989 г. Благодаря этому удалось
выяснить природу мутации и усовершенство
вать метод выявления носителей (разд. 25.7.9).
В настоящее время стала доступной и прена
тальная диагностика. Установлено, что в Цент
ральной и Западной Европе причиной заболе
вания в 70% случаев служит делеция трех пар
оснований, приводящая к потере кодона 508
в мРНК. В результате в позиции 508 белка
отсутствует аминокислота фенилаланин (F).
Поэтому мутация называется 'F508 (' — грече
ская буква дельта, обозначающая делецию).
В том же самом гене было обнаружено более
400 других мутаций, которые тоже вызывают
муковисцидоз, однако более чем в 15% случаев
болезнь возникает в результате только пяти
из них. Есть мутации, обнаруженные лишь
у одного пациента.
Симптомы
Одна из функций эпителиальных клеток — обра
зование слизистого секрета. У больных муковис
цидозом слизь аномально густая, поскольку на
рушен нормальный отток ионов хлора из клетки.
Ионы хлора заряжены отрицательно, и чтобы
сбалансировать возникающий в клетке отрица
тельный заряд, в нее входит больше ионов на
трия. Это в свою очередь препятствует выходу
воды из клетки. При заболевании больше всего
поражаются легкие, поджелудочная железа и пе
чень. Густая слизь препятствует доступу воздуха
в легкие, а кроме того, закупоривает протоки, по
которым секрет поджелудочной железы и желчь
из печени поступают в кишечник. Следствием
этого являются повторяющиеся легочные ин
фекции, а также трудности с пищеварением из
за недостаточного поступления панкреатиче
ских ферментов и плохого всасывания пищи.
Больные мужчины почти всегда бесплодны,
у женщин фертильность тоже часто нарушена.
Другой характерный симптом — повышенная
соленость пота, обусловленная высокой концен
трацией ионов натрия в клетках больных. Неда
ром в старинном изречении говорится: «Горе ре
бенку, чей лоб при поцелуе окажется соленым,
он обречен умереть молодым». В 95% случаев
смерть наступает в результате легочных ослож
нений. В результате применения современных
методов лечения средняя продолжительность
жизни больных муковисцидозом повысилась

Прикладная генетика 249
с 1 года до 20—30 лет, однако почти половина
больных умирает до 20 лет.
Лечение
Лечение в основном направлено на предотвра
щение осложнений со стороны легких. Обычно
оно включает лечебную физкультуру, вибраци
онный массаж и стимуляцию кашля, т. е. те про
цедуры, которые способствуют выведению
слизи из легких (рис. 25.24). Для улучшения
переваривания пищи рекомендуют прием фер
ментных препаратов во время еды, а для того
чтобы бороться с инфекцией, назначают анти
Рис. 25.24. Пациент с муковисцидозом, принимающий
физиотерапевтические процедуры.
биотики. В отдельных случаях используют пере
садку сердца и легких. Для разрушения ДНК по
гибших лейкоцитов, увеличивающих вязкость
слизи, довольно успешным оказалось примене
ние в виде аэрозоля фермента — ДНКазы чело
века. Однако наиболее радикальной является
генная терапия (разд. 25.7.11).
25.7.4. Фенилкетонурия
Фенилкетонурией заболевает примерно один из
10 000 новорожденных белых, а каждый из 80 та
ких младенцев является носителем. У предста
вителей других рас это заболевание встречается
реже.
Причина
Причиной фенилкетонурии, как и муковисци
доза служит рецессивная аутосомная мутация.
Это очень тяжелое заболевание, однако ранняя
диагностика и лечение могут предотвратить его
разрушительное действие на здоровье человека.
У больных фенилкетонурией аминокислота
фенилаланин не превращается в другую амино
кислоту — тирозин:
Фенилаланингидроксилаза
Фенилаланин Тирозин
У здоровых людей в клетках печени присутст
вует фермент фенилаланингидроксилаза, одна
ко у больных фенилкетонурией этого фермента
нет. Ген, кодирующий его, находится на хромо
соме 12. В результате мутации этого гена в орга
низме больного накапливается фенилаланин.
Избыток фенилаланина оказывает губительное
действие на мозг человека и его умственное раз
витие. Новорожденные с фенилкетонурией вы
глядят вполне нормальными, так как в период
внутриутробного развития избыток фенилала
нина проходит через плаценту и утилизируется
в печени матери. Если лечения не проводить
с младенческого возраста, уже в первые годы
жизни патология становится заметной. Наибо
лее серьезный симптом — сильное отставание
в умственном развитии. У пациентов, не подвер
гающихся лечению, коэффициент умственного
развития (IQ) может быть меньше 20. До того как
были разработаны методы лечения, более 1%
пациентов психиатрических клиник составляли
именно больные фенилкетонурией. Они редко
доживали до 30 лет. Помимо умственной отста
лости среди других симптомов болезни отме
чены:
1) гиперактивность у детей;
2) неустойчивая походка;
3) более светлые волосы, кожа и глаза, чем
у здоровых родственников (в отсутствие
тирозина не синтезируется коричневый
пигмент кожи — меланин);
4) кожные изменения, напоминающие мла
денческую экзему;
5) эпилептические припадки.
Соседние файлы в предмете Биология
