Навчально – методичні матеріали для проведення лекцій

Лекція № 1

Тема лекції: Предмет та методи психогенетики.

Ключові поняття: гени, мутації, дисперсія, конкордатність, метаболоміка, фармакогеноміка, імпринтинг.

План лекційного заняття:

1. Загальна характеристика психогенетики.

2. Методи психогенетики.

3. Коефіцієнт успадкування.

Література:

1. Александров А.А. Психогенетика. –СПб: Питер, 2001.

2. Анохин А.П. Генетика, мозг и психика человека: тенденции и перспективы исследований. –М., 1988.

3. Атраментова Л.А., Филипцева О.В. Введение в психогенетику. –М.: МПСИ, 2004, 2005.

4. Генетика поведения: количественный анализ психологических и психофизиологических признаков в онтогенезе / Под ред. С.Б.Малых. –М., 1995.

5. Егорова М.С., Малых С.Б., Машкова Т.А. Основы психогенетики. –М., 2000.

Конспект лекційного заняття

1. Психогенетика вивчає роль спадковості і середовища у формуванні індивідуальності, індивідуальних відмінностей, психофізіологічних і психічних властивостей особистості, генетику поведінки. Поведінкова геноміка – напрям вивчення впливу генів на поведінку. В цілому, переважна більшість психологічних ознак генетично детермінована; програма поведінки, психологічні властивості людини визначені генетично, а діапазон норми реакції робить велике розсіювання (дисперсію) варіантів ознаки, тобто указує межі коливань мінливості ознаки під впливом середовища. Наприклад, всі люди (значить генетично приречено) при здивуванні піднімають брови вгору. З'явилися відомості, що у ряді західних компаній прийом на роботу пов'язаний з тестуванням генотипу по деяких генах, що впливають на поведінку. Мабуть, в майбутньому психогенетика надасть підстави для рекомендації особистостям специфічного навчання, вибору професії, консультування при підборі шлюбної пари.

Труднощі психогенетики полягають у наступному: а) поведінкова ознака полігенна, тобто кодується багатьма генами; б) важко вичленувати поведінкову ознаку і кількісно її описати; в) гени не прямо кодують ознаку, а кодують білки, які дають компоненти нервової системи (синтез і розпад гальмівних і збудливих нейромедіаторов, рецепторів та їх каскади передачі сигналу, мембранні канали), кількісне співвідношення цих білків, мутації в їх генах (поліморфні гени однієї алелі) і визначають ступінь вираженності ознаки.

Психіка та поведінка не трансцендентні, не вкладаються у людину у вигляді програми, що задана вихователем. Психіка базується на «соматиці», а поведінка детермінована генами через нейро-ендокринну систему та обмін речовин. Враховуючи закон Гекеля-Мюлера-Дарвіна-Бера, психогенетика може подолати деякі труднощі антропології. Практично психогенетика може бути корисною для медичних консультацій шлюбів, для крімінології у поясненні певної злочинності, для педагогіки та психології в оцінюванні учня, його здібностей, поведінки, вибору майбутньої роботи.

Біологічна за формою людина має соціальний зміст, який накладають на неї предметна та ідеальна діяльність, комунікації у суспільстві, особливості культурного надбання, що починаються з виховання та навчання у сім`ї, школі, вулиці, під дією засобів масової інформації у певний історичний період. Ці сторони створюють специфічно суспільне «довкілля», що можна охарактеризувати як екологічне середовище людини. Таким чином, психогенетика (генетика поведінки) відображає взаємодію генетичного та екологічного у психіці людини.

Гени та їх комбінації, мутації, траспозиції в певних умовах довкілля забезпечують різну ступінь пенентрантності психічної ознаки, яка тому проявляється з певною частотою, тобто імовірно. Крім того, головне те, що генетичні чинники визначають діапазон кількісної прояви ознаки в залежності від умов (в даному випадку – виховання, освіти, вміння володіти собою), тобто норму реакції. Тому не завжди біологічна схильність реалізується в соціально значимі психичні явища.

Суттєву роль для психогенетики виконує генетика етології, або зоопсихології (хоча більше робіт з етології – К.Лоренц, Н.Тінберген, Р.Шовен, Д.Д`юсбері, Д.Мак-Фарленд, Л.В.Крушинській) та геногеографії.

Г. Лебон 100 років тому вважав, що характер народу, а не його розум, визначає розвиток історії. Національний характер (тобто менталітет по сучасному) має незмінні спадкові риси та змінні другорядні ознаки, котрі змінюються під впливом середовища. Раси відрізняються характером, якості розуму можливо виховати, відкриття розуму можливо передати іншим, а характер передати неможливо. До якостей характеру відносяться ті, що виходять з волі: наполегливість, енергійність, здатність володіти собою, жертовність, мораль. Метисизація втрачає риси характеру, так римляні втратили свій національний характер при високому розвитку розуму, що призвело до падіння імперії. На характері, а не розумі, засновані суспільства, імперії, релігії. Розум – бічна форма психічної еволюції, великий розвиток його призводить до руйнації характеру. Характер, форми мислення є спадковими якостями. Тому між расами є психологічна різниця, подібно тому, як вона є між чоловіком та жінкою. Нащадки видатних сімей вироджуються, велика інтелектуальна міць має умову виродження. Як не виховувати та надавати освіту певним групам та расам населення, до змін характеру це не призведе. Натовп намагається організуватися та бути все найміцнішим (особливо у період революцій). З подальшого стане зрозумілим, що витримало, а що щезло з цих положень у розвитку науки.

В історії психогенетики важливі роботи Ф.Гальтона (зведений двоюрідний брат Ч.Дарвіна), Ч.Ломброзо (його учень З.Фрейд у 1919 р. вказав на роль спадковості у житті людини), Л.Ермана, Р.Левонтіна, Ф.Фогеля, Р.Берона, сам термін “психогенетика” дали Фуллер і Томсон в 1960 р., на рубежі тисячоліть зв'язок генів і поведінки досліджує Д.Хемер за досвідом проекту “Геном людини”. З російських психогенетиків найбільш відомі В.П.Ефроїмсон, Л.Трут, З.Зоріна, А.Александров, М.Егорова, С.Малих, І.Равіч-Щербо. У 1972 р. відкрита у Москві при Психологічному інституті РА освіти лабораторія психогенетики під керівництвом І.В.Равич-Щербо. В Україні праці з даної тематики, відомі з ХДУ (Л.Атраментова).

2. Методи психогенетики. Для генетики зоопсихології прийнято використовувати описові спостереження і порівняння (за І.Павловим, – це те, що дає природа), експеримент (за І.Павловим, – це те, що дослід бере сам від природи), зокрема з використовуванням генетичного аналізу і генної інженерії. Для типування нервової системи щурів використовується тест «відкрите поле»: тварину поміщають в скляну камеру, підлога якої (1 м х 1 м) розбита на 25 квадратів, за певний термін фіксується число вставань на задні лапи, грумінг (умивання), обнюхування, рух по периметру або по центру, виділення екскрементів і сечі. На лабораторних гризунах (миші, щури, морські свинки) вивчені прості поведінкові акти, оскільки будова мозку схожа у всіх ссавців, близькі мотиваційні процеси (голод, спрага, страх, агресія, статева поведінка), умовно-рефлекторне навчання, звикання, реакції на психотропні речовини (седативні, або заспокійливі, антидепресанти, транквілізатори, або такі, що знімають страх, психостимулятори).

Коефіцієнт успадкування. Фенотипічна дисперсія (розсіювання кількісних значень, їх варіації) ознак (Vp) звичайно розраховується як сума квадратів різниць середнього (X) і кожного (Xn) значень, поділене на кількість спостережень (n): Vp = E(Xn-X)2/(n-1). Фенотипічна дисперсія психогенетичних ознак складається із суми генетичної дисперсії – (Vg, мінливість генотипу, відмінності в генах) і середовищної дисперсії (Ve, екологічні впливи): Vp = Vg + Ve. Успадкованість (h2) – це характеристика ознаки в даній популяції в даних умовах середовища; коефіцієнт успадкування (h2) обчислюється так: h2 = Vg/Vp. Тому h2 може приймати значення від 0 до 1. Враховуючи інші параметри можна ускладнити формулу фенотипічної дисперсії: Vp = Vg + Ve + 2CoVge + Vge + M + Vm, де М – асортивность шлюбів, CoVge – кореляція генотип-середовище, Vge – взаємодія генотип-середовище, Vm – помилка вимірювань і випадкові зміни.

Генотипічна дисперсія складається: Vg = Va + Vd + Vv, де Va – суммація ефектів генів або адитивність, Vd – взаємодія алельних генів (домінування), Vv – взаємодія не алельних генів, переважно епістаз (одні гени впливають на експресію інших генів). У грубому наближенні можна вважати: h2 = Va/Vp. Середовищна дисперсія складається: Ve = Vs + Vns, де Vs – загальне середовище, однакове для всіх родичів (виховання, достатки, умови життя, інтелектуальна стимуляція, здоров'я, побут), Vns – неоднакові дії (друзі, події, випадки, книги), що дають індивідуальні відмінності. Vge показує, що однакове середовище надає різну дію на різні генотипи. CoVge представлено 3 варіантами кореляції: а) пасивна – “спадкоємність” середовища батьків відповідно до генних завдатків; б) реактивна – генотип викликає зміну середовища (математичні таланти дитини примушують батьків перевести його до математичного класу); в) активна – людина за особливостями свого генотипу створює середовище собі (лідер формує своє оточення). М – асортивність шлюбів або їх невипадковість, переважний вибір партнерів по інтелекту, зростанню, соціально-економічному або культурному становищу, талантам, смакам.

Звичайно психогенетичні методи дуже тривалі (лонгітюдне спостереження), займають багато років. Конкордантність – генетичний термін, що показує ступінь (%) прояву ознаки, відсутність або малий відсоток прояву – дискордантность. Конкордантність дає внутрішньопарну однаковість за певною ознакою. Пенентрантність вказує на частку особин з певним генотипом, у яких є відповідний фенотип, але ген може проявлятися не в усіх особин, що є його носіями.

Методи. Близнюковий метод запровадив Г.Сименс у 1924 р.; він заснований на порівнянні ознак у близнят. Однояйцеві або монозіготні близнята (ОЯБ) утворилися так: після запліднення яйцеклітини сперматозоїдом відбувається перший поділ зиготи, утворюються два бластомери, які розходяться, даючи початок двом організмам, по суті це клонування. Різнояйцеві або ди(полі)зиготні близнюки (РЯБ) утворюються при заплідненні різними сперматозоїдами декількох одночасно дозрілих яйцеклітин. ОЯБ генетично ідентичні на 100%, РЯБ мають 50% загальних генів; частота народжень ОЯБ 4/1000. Звичайно ОЯБ при народженні мають меншу вагу, в їхньому розвиткові спостерігається замкнутість більше спілкування один з одним, деяку загальмованість зростання IQ, можливо за рахунок відставання в мовному розвитку; іноді один з ОЯБ контактує із зовнішнім світом, а інший домінує в парі, що дає певні відмінності. Приклади конкордантності хвороб у близнят: псоріаз – у ОЯБ 61%, у РЯБ 13%, подібна залежність і в інших захворювань з великим впливом аутоіммунного чинника, детермінованого генетично; кір – у ОЯБ 97%, у РЯБ 94%, що пояснюється поширеністю збудників в середовищі. Але нешодавно виявилося, що до туберкульозу (інфекційне захворювання бідних прошарків суспільства) є генетична схильність.

Метод прийомних дітей порівнює в лонгітюдному (тривалому) дослідженні ознаки ОЯБ, рано розлучених і розміщених у різні сім'ї, що дає оцінку ролі внеску середовища. Відомі випадки раннього розлучення близнят, а їх зустріч після декількох десятиріч виявляє однакові пристрасті, епізоди життя, хвороби, навіть долю. Метод порівняння близнюкових сімей доповнюється методом контрольного порівняння близнят з двох пар. Слід враховувати роль матері, яка дає мітохондріальну ДНК, порушення в ній може виявлятися в одній з форм депресії, летаргії, затримки психо-моторного розвитку, олігофренії, деменції, нейро-дегенеративних хвороб.

Використовують сімейний генеалогічний аналіз родовіду, враховуючи, що для ОЯБ h2 = 1; для пари батько – дитя, РЯБ h2 = 0,5; для бабусі (дідуся) – онуки, дядько (тітка) – племінники, зведені діти h2 = 0,25; для двоюрідних сибсів (кузен-кузен) h2 = 0,125. Тут важливе спадкоємність однієї ознаки, наприклад, для сім'ї Кеннеді – лідерство.

Багатовимірна біологія людини доповнюється новими науками. Геноміка – виявлення усіх генів (поліморфів) та мутацій, що приводять до спадкових захворювань або до схильності до них. Транскриптоміка – виявлення усих інформаційних (матричних) РНК, що кодують білки при даних умовах у конкретної людини. РНК-оміка – виявлення усих некодуючих РНК та вимірювання їхньої експресії у данних умовах. У конкретної людини. Метаболоміка – якісне та кількісне виявлення усіх метаболітів в клітині, біологічних рідинах, тканининах, органах при даних умовах у конкретної людини. Фармакогеноміка (токсикогеноміка) – аналіз особливостей генотипу, транскриптома, протеома та метаболома, які пов’язані з впливом лікарських препаратів (токсинів). Біоінформатика – використання ЕОМ, математичної логіки, інформатики для аналізу та моделювання живих систем, для створення бази даних.

Визначення наявності гена або його мутації проводиться шляхом виділення ДНК із зразків крові чи соскобів слизової рта, її копіювання та помноження на ДНК-ампліфікаторі, потім порівнянні гібрідологічним аналізом з контрольним геном у вигляді ділянки ДНК. Виділяють ДНК, рестриказами розрізають на фрагменти, електрофорезом розділяють по довжині та мітять ізотопом фосфору; потім фотографують та отримують рисунок типу штрих-коду (різні за товщиною білі та темні смуги). Такі малюнки відрізняються у всіх людей але однакові для різних тканин однієї людини. Фрагменти ДНК можуть сполучатися водневими зв`язками по азотистим основам, ця гібридизація лежить в основі методу блотінга (Є.М.Саузерн, 1975). Фрагменти ДНК можливо in vitro копіювати (в 10<sup>5</sup>-10<sup>8</sup> разів) в полімеразній ланцюговій реакції (К.Мюллес, Нобелівська премія 1993 р.) за участю термостабільної ДНК–полімерази, праймерів, нуклеотидів в ампліфікаторі. Потім ці фрагменти можливо порівнювати в реакції зв`язування зі стандартним набором генів гібридизацією.Наявність певного гену потребує знаходження кореляції з наявністю певної психологічної характеристики.

Для оцінки та відбору майбутних спортсменів за параметрами сили та витривалості використовують визначення в ДНК наявність певної поліморфної форми генів: ангіотензинперетворюючого ферменту (АСЕ), α-рецептору активуємого проліфераторами пероксисом (PRARA), δ-рецептору активуємого проліфераторами пероксисом (PRARD), γ-рецептору активуємого проліфераторами пероксисом (PRARG), коактиватору PPAR-гами (РGC1A), альфа-активіну-3 (ACTN3), роз`єднуючого білку 2 (UCP2), роз`єднуючого білку 3 (UCP3), кальціневрину В (СnB). Для аналізу перспектив розвитку гіпертонічної хвороби визначають поліморфи гену ангіотензинперетворюючого ферменту. Деякі варіанти генів аполілпопротеїду гальмують регенерацію нервових волокон після травм, тому носіям таких генів не радять бути спортсменами, війсковими, міліціонерами.

Імпритинг генів – неоднакова ступінь метилування цитозину промоторних ділянок генів, що надійшли від яйцеклітини та сперматозоїда (вивчено більше 20 таких генів, звичайно переважають батьківські гени). Генетичний імпринтинг: ген хореї Гентингтона якщо від батька то хвороба проявляється у юності, якщо від матері – то після 40 років. Гіперваріабельні ділянки ДНК у всіх людей розрізняються, але за метилюванням можливо встановити батьківство у дитини. Внаслідок генетичного поліморфізму мутацій, транспозицій за участю інформаційних носіїв (вірусів) в онтогенезі розвивається нестабільність генотипу клітин людини. Несприятливі екзогенні умови можуть викликати генетичні зміни детоксикаціонної системи та призводити до хвороб. Наприклад: 1) ген ізоформи цитохрому Р-450 (CYP1A1, CYP2D6) при заміні А на Г (у білку – ізолейцину на валин з частотою 27%) у популяції дає рак легень на тлі тютюнопаління; 2) ген епоксидгідролази (mEPHX) при заміні Т на Ц (тирозин на гістидин з частотою 6%) дає обструктивну пневмонію та емфмзему легень (послаблення інгибіторів трипсину) на тлі паління; 3) ген глютатіонтрансферази (GSTM1) при делеції (з частотою 40%) дає паркінсонізм, рак легень та сечового міхура, хронічний бронхіт, ендометріоз, цироз печінки на тлі алкоголізму та паління; 4) ген N-ацетилтрансферази 2 (NAT-2) при місенс-мутації (з частотою 50%) дає рак легень, сечового міхура, молочної залози, товстої кишки на тлі паління. Посилює захворюваність неповноцінність алелів фактору некрозу пухлин.

В основі комп’ютерної томографії покладена ядерно-магнитна резонансна спектроскопія (по ядру атома фосфора ³¹Р), що реєструє процеси метаболічної активності в різних ділянках головного мозку, допомагає при цьому комп’ютерний аналіз отриманних даних. В основі електроенцефалографії [ЕЕГ] лежить оцінка електричних процесів у головному мозку за рахунок іонного транспорту крізь мембрану.

Пов'язують порушення психіки з надлишком (гипер-) або недоліком (гипо-) метаболіта в крові (-емія) або в сечі (-урія), що теж має генетичні та середовищні впливи. Наприклад, гіпоглікемія викликає дратівливість (“голодний чоловік прийшов з роботи…»). Використовують набори тестів з комп`ютерною обробкою. Використовують психологічні тести, рольові ігри, різні ситуації для порівняння психогенетичних характеристик. Доведено, що генетичний вклад у розміри та геометрію поверхні мозку складає 82-90%.

Дуже плідним виявився інформаційно-математичний підхід до проблем психогенетики. Це біометричні розрахунки достовірності та кореляції, математичне моделювання.