BIO_-_vsyo

Важными достижениями молекулярной генетики последних десятилетий явились работы по секвенированию — определению нуклеотидной последовательности ДНК.

В настоящее время полностью установлена последовательность нуклеотидов многих генов человеческого генома, в том числе генов α- и (β-глобиновых цепей гемоглобина, некоторых полипептидных гормонов (инсулина, гормона роста, хорионического соматотропина, пролактина). Интенсивно изучаются нуклеотидные последовательности генов актинов, тубулинов, интерферонов. Этими исследованиями выявлена высокая степень генетического полиморфизма у человека, который часто не проявляется фенотипически.

Методы молекулярной генетики и генной инженерии позволяют не только диагностировать целый ряд генных мутаций и устанавливать нуклеотидную последовательность отдельных генов человека, но и размножать (клонировать) их и получать в большом количестве белки — продукты соответствующих генов.

Клонирование отдельных фрагментов ДНК осуществляется путем включения их в бактериальные плазмиды, которые, автономно размножаясь в клетке, обеспечивают получение в большом количестве копий соответствующих фрагментов ДНК человека. Последующая экспрессия рекомбинантных ДНК в бактериях позволяет получить белковый продукт соответствующего клонированного человеческого гена.

Таким образом, с помощью методов генной инженерии стало возможно получать на основе человеческих генов некоторые первичные генные продукты (инсулин). Это определяет перспективы терапии наследственных болезней, обусловленных связанным с генными мутациями дефицитом нормальных продуктов генов.

Дальнейшее совершенствование методов молекулярной генетики обеспечит возможность полного определения нуклеотидных последовательностей не только структурных, но и регуляторных локусов генома человека, а разработка методов включения в человеческий геном нормальных нуклеотидных последовательностей в перспективе может стать основой генотерапии.

Генетическое тестирование, генетический тест или ДНК-тест - это современная методика, использующая сложные технические средства для исследования именно молекулы ДНК. Генетический тест используется преимущественно для диагностики генетических заболеваний, однако применение может быть гораздо шире. Существуют методы, которые также используются для выявления продуктов генов – например, белков, ферментов и т.д. Отдельные методы позволяют изучать микроструктуру хромосом.

Генетический тест может быть использован с целью:

•скрининга носителей, в частности идентификации лиц, не имеющих выраженного генетического заболевания, но могут иметь одну копию гена, ответственного за возникновение этого генетического заболевания, тогда как для развития этого заболевания необходимо наличие двух копий;

•предимплантационой генетической диагностики (скрининга эмбриона на наследственные заболевания);

•пренатальной диагностики;

•скрининга новорождённых;

•досимптоматического исследования у лиц, развитие заболевания может произойти в старшем возрасте, например болезни Хантингтона;

•пресимптоматического исследования риска возникновения в будущем полигенных заболеваний, рака или, например болезни Альцгеймера;

•подтверждение диагноза генетического заболевания у симптоматического пациента;

•для судебной экспертизы, напр. идентификации личности.

100. Генетическая гетерогенность популяций в человеческом обществе. Популяционно-статистический метод.

С помощью популяционно-статистического метода изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Этим методом можно рассчитать частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, выяснить распространение в ней различных наследственных признаков, в том числе заболеваний. Он позволяет изучать мутационный процесс, роль наследственности и среды в формировании фенотипического полиморфизма человека по нормальным признакам, а также в возникновении болезней, особенно с наследственной предрасположенностью. Этот метод используют и для выяснения значения генетических факторов в антропогенезе, в частности в расообразовании.

При статистической обработке материала, получаемого при обследовании группы населения по интересующему исследователя признаку, основой для выяснения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди — Вайнберга. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение аллелей генов и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции. На основании этого закона, имея данные о частоте встречаемости в популяции рецессивного фенотипа, обладающего гомозиготным генотипом (аа), можно рассчитать частоту встречаемости указанного аллеля (а) в генофонде данного поколения. Распространив эти сведения на ближайшие поколения, можно предсказать частоту появления в них людей с рецессивным признаком, а также гетерозиготных носителей рецессивного аллеля.

Математическим выражением закона Харди — Вайнберга служит формула (рА. + qa)2, где р и q — частоты встречаемости аллелей А и а соответствующего гена. Раскрытие этой формулы дает возможность рассчитать частоту встречаемости людей с разным генотипом и в первую очередь гетерозигот — носителей скрытого рецессивного аллеля: p2AA + 2pqAa + q2аа. Например, альбинизм обусловлен отсутствием фермента, участвующего в образовании пигмента меланина и является наследственным рецессивным признаком. Частота встречаемости в популяции альбиносов (аа) равна 1:20 000. Следовательно, q2 = 1/20 000, тогда q = 1/141, p+q=14 p=1 – 1/141; p = 140/141. В соответствии с формулой закона Харди — Вайнберга частота встречаемости гетерозигот = 2pq, т.е. 2pq(Аа)=2*140/141*1/141=1/70. Это означает, что в данной популяции гетерозиготные носители аллеля альбинизма встречаются с частотой один на 70 человек.

РАЗДЕЛ 3

1. Паразитизм как биологический феномен. Специфика среды обитания паразитов.

Всякий организм живет в определенной среде, в которой кроме него обитают и другие существа. Любое живое существо находится в тесной зависимости от окружающей среды, к обитанию в которой оно приспособилось в процессе эволюционного формирования соответствующего вида.

В отношении факторов питания всех животных можно разделить на три группы: - плотоядных, или животных, которые пожирают другие организмы или даже себе подобных (хищные); - животных, питающихся падалью, разлагающимися органическими веществами (личинки трупной мухи, комнатной мухи, некоторые млекопитающие и птицы); - животных-паразитов, которые питаются за счет соков тканей тела или переваренной пищей живых хозяев.

Хищники, нападая на добычу, убивают и пожирают ее. Паразиты же пользуются своими хозяевами многократно в течение всей жизни или жизни своих хозяев. Поэтому паразиты или вовсе не губят своего хозяина, или же не приводят к его смерти в течение продолжительного срока вследствие вызываемого ими заболевания.

Паразитизм - это форма сожительства, при которой один организм - паразит живет за счет организма другого вида - хозяина.

Паразитизм - это форма сожительства двух генетически разнородных организмов разных видов, при которой один организм (паразит) использует другого (хозяина) как источник питания и среду существования, причиняя ему вред, но, как правило, не уничтожая его.

Формы паразитизма чрезвычайно разнообразны. Различают облигатный (постоянно встречающийся, обязательный) и факультативный (возможный, необязательный), временный и постоянный, истинный и ложный, экто- и эндопаразитизм.

Паразитизм широко распространен в природе. Он встречается почти во всех типах животного царства. Особенно много паразитов имеется в типах простейших, плоских и круглых червей, членистоногих. Согласно данным В. А. Догеля (1947 г.) в природе около 60-65 тыс. видов являются животными-паразитами. Широкое распространение и разнообразие видов паразитизма позволяет считать, что эта форма сожительства возникла в природе в различных систематических группах животных независимо одна от другой.

2. Экологические основы выделения групп паразитов. Классификация паразитических форм животных по локализации в организме хозяина (с примерами).

К эктопаразитам относят животных, обитающих на покровах хозяина. К ним относятся, в основном, членистоногие (кровососущие насекомые и клещи). Эктопаразиты могут быть постоянными (например, вши), если весь жизненный цикл проводят на покровах тела животного, и временными (клещи, комары, мухи и др.), которые находятся на теле человека только в момент питания (сосания крови).

Эндопаразиты обитают внутри хозяина. Эндопаразитов в зависимости от локализации в организме человека классифицируют на:

-кожных (обитающих в толще кожных покровов). Например, блохи, вши, клещи

-внутриклеточных (поражают отдельные клетки организма хозяина). Например, лейшмании, плазмодии, токсоплазма;

-тканевых (обитающих в крови, лимфе, соединительной, нервной, мышечной тканях). Например, дизентерийная амеба, трипаносомы, балантидий, шистосомы, филярии, ришта, личинки трихинеллы, чесоточный зудень и др;

-полостных (обитающих в полостных органах, сообщающихся с внешней средой – лёгкие, кишечник, мочеполовые органы). Например, свиной и бычий цепни, широкий лентец, аскарида, острица, анкилостома, власоглав и др.

Все эндопаразиты являются постоянными паразитами человека. Вообще ни один орган и ни одна ткань не застрахованы от возможности поселения в них паразита. Один и тот же паразит может жить в различных органах своего хозяина (эхинококк, финки свиного цепня). Некоторые паразиты могут мигрировать по телу хозяина, пока не достигнут окончательного места обитания (аскарида, некатор, анкилостома).

Когда речь идет о паразитизме, то всегда подразумевается два или несколько организмов разных видов, один из которых является паразитом, а другой - его хозяином. Паразитов, которые инвазируют и развиваются в теле одного хозяина, называют моноксенными или однохозяинными. Например, карликовый цепень, острица паразитируют только у человека. Большинство моноксенных гельминтов (аскарида, власоглав, анкилостома и др.) для завершения цикла развития обязательно нуждаются в выходе оплодотворенного яйца из хозяина во внешнюю среду.

Эндопаразиты, которые для завершения своего жизненного цикла нуждаются в двух и более разных хозяевах, называются гетероксенными или многохозяинными (малярийный плазмодий, свиной и бычий цепни, сосальщики и др.)

3. Экологические основы выделения групп паразитов. Классификация паразитических форм животных по длительности контакта с хозяином (с примерами)

Временные паразиты обычно посещают хозяина только для питания (в основном, кровососущие членистоногие)

Постоянные паразиты подразделяются на стационарных и периодических.

Стационарные паразиты все стадии развития осуществляют на хозяине или внутри него (вши, чесоточный клещ, трихинелла спиральная и др.). Стационарный паразитизм может сопровождаться сменой хозяев (например, малярийные плазмодии паразитируют в организмах малярийного комара и человека)

Периодические паразиты часть своего жизненного цикла проводят в паразитическом состоянии, остальное время обитают свободно (например, кривоголовка двенадцатиперстная, личинки которой являются свободноживущими формами, а имагинальная стадия - паразитом).

4. Виды паразитизма: истинный и ложный.

При истинном паразитизме взаимоотношения между паразитом и хозяином являются закономерными и имеют эволюционную основу. Истинный паразитизм характерен для организма, который ведёт только паразитический образ жизни. Истинный паразитизм характеризуется тесными и глубокими контактами в системе паразит-хозяин.

Ложный паразитизм – явление для определённого вида случайное. В благоприятных условиях особи определённого вида ведут свободный образ жизни. При случайном попадании в организм хозяина ложный паразит может некоторое время сохранять жизнеспособность и в ряде случаев нарушать жизнеспособность хозяина (например, синантропные мухи, личинки которых могут развиваться в пищевых продуктах, но, попав в кишечник человека, они продолжают своё развитие, вызывая при этом кишечный миаз).

5. Облигатные и факультативные паразиты.

Облигатный паразитизм – паразитизм, являющийся обязательным для данного вида организмов. Облигатные паразиты – виды, которые в своём развитии обязательно проходят паразитическую стадию. Абсолютное большинство видов паразитов относится к этой группе.

Факультативные паразиты способны вести свободный образ жизни, но, попадая в организм хозяина, проходят в нём часть цикла своего развития и нарушают его жизнедеятельность (например, синантропные мухи, личинки которых могут развиваться в пищевых продуктах, но, попав в кишечник человека, они продолжают своё развитие, вызывая при этом кишечный миаз).

6. Популяционный уровень взаимодействия паразитов и хозяев. Типы регуляций и механизмы устойчивости системы «паразит-хозяин».

С представлением о паразите неразрывно связано понятие о его хозяине.

Хозяин паразита - это организм животного или человека, в теле которого обитает паразит временно или постоянно и размножается половым или бесполым путем.

Смена хозяина обусловлена стадийностью жизненного цикла паразита. Личиночные стадии, как правило, развиваются в организме одного вида, а половозрелые - другого вида. Перемена хозяев паразитами, в основном, обусловлена чередованием поколений, размножающихся половым или бесполым способами.

Хозяин, в теле которого паразит достигает половозрелой стадии и размножается половым путем, называется окончательным или дефинитивным хозяином. Так, человек является окончательным хозяином для большинства видов цестод, трематод, нематод.

Хозяин, в теле которого обитает личиночная стадия паразита, получил название промежуточного. Человек является промежуточным хозяином для малярийных плазмодиев, эхинококка, альвеококка и др. Для некоторых паразитов (описторхис,

парагонимус, широкий лентец и др.) для завершения цикла развития требуется не один, а два (или несколько) промежуточных хозяев. Второго промежуточного хозяина называют дополнительным. Так, у описторхиса два промежуточных хозяина: первый - моллюск, второй – многие виды карповых рыб (плотва, линь, язь, карп, лещ, вобла, сазан и др.).

У многих паразитов перемена хозяев не связана с чередованием поколений, но осуществляется по ходу развития одной и той же особи паразита. Например, степной клещ - переносчик клещевого сыпного тифа в Сибири (в состоянии личинки и нимфы нападает на различных мелких грызунов, а во взрослом состоянии - на крупных млекопитающих или человека).

Практически один и тот же хозяин может иметь большое количество паразитов одного вида (малярийные плазмодии) или разных видов. У человека могут одновременно паразитировать острицы, власоглав, кишечные амебы, плазмодии и т.д.

Хозяева, у которых паразиту обеспечивается наилучшая выживаемость, быстрый рост и наибольшая плодовитость, получили название облигатных, или обязательных. Человек является облигатным хозяином для дизентерийной амебы, аскариды, анкилостомы и других паразитов.

Хозяин, в теле которого паразит может обитать, но не полностью адаптироваться, называется факультативным. Например, человек является облигатным хозяином для лентеца широкого. Однако эта цистода может паразитировать и в организме лисицы, но ее размеры при этом не достигают большой длины и срок жизни не превышает двух месяцев.

Организм, в котором не происходит развитие паразита, а наблюдается лишь его накопление в инвазионной стадии, называется резервуарным хозяином. Последний кумулирует возбудителя и сохраняет инвазию, что способствует большей зараженности окончательного хозяина. Например, щука, поедая дополнительного хозяина широкого лентеца (карповых рыб), накапливает в своих тканях личиночные стадии (плероцеркоиды) паразита и таким образом выполняет функцию резервуарного хозяина.

7. Пути происхождения различных групп паразитов.

Выделяют 4 основных пути происхождения паразитов:

1.Факультативный, то есть при случайном попадании небольшого организма в тело более крупного.Основная масса случаев эндопаразитизма в полостных органах, имеющих связь с внешней средой, представляет собой явление, развившееся в результате случайного заноса в организм цист, яиц или личинок свободноживущих видов, предварительно имеющих адаптации к обитанию в почве или в воде, содержащей избыток органического вещества.

2.Мутуалистический, то есть при взаимовыгодном сожительстве более мелкий организм может перейти к паразитическому образу жизни.

3.Комменсалитический, то есть мелкий по размерам комменсал (нахлебник) может перейти к паразитическому образу жизни. Например, путь возникновения эктопаразитизма — через усиление контакта так называемых гнездовых паразитов с поверхностью тела хозяина. Животные, обитающие в убежище другого вида, могут питаться его перьями, волосами и отпадающими чешуйками кожного эпидермиса. Переход к постоянному обитанию на поверхности тела хозяина дает паразиту большие преимущества.

4.Через хищничество, то есть при освоении хищниками более крупных жертв, которых они не могут проглотить целиком. В конечном итоге хищники переходят на питание отдельными тканями жертвы или проникают внутрь жертвы.

Возможен переход к паразитированию в одном хозяине после предварительной адаптации к обитанию в другом, служащем источником питания первого. Так, известен целый ряд гельминтов, которые, обитая в кишечнике рыбы, не перевариваются в пищеварительной системе хищников, съевших паразитов вместе с хозяином и продолжающих паразитировать в кишечнике или тканях уже нового вида (род Diphyllobothrium, Ленточные черви).

Многие паразиты приспособились к обитанию в тканях после освоения полостных органов, связанных с внешней средой. Так, по-видимому, шла эволюция паразитизма у ленточных червей, у трихинеллы спиральной (Trichinella spiralis). В цикле развития этих паразитов имеются формы, обитающие как в кишечнике, так и в тканях.

Некоторые паразиты внутренней среды возникли, вероятно, предварительно адаптировавшись к обитанию в пищеварительной системе членистоногих, а с переходом последних к гематофагии заселили новую и труднодоступную экологическую нишу — кровь и другие ткани мезодермального происхождения.

Таким образом, путей перехода к паразитизму у разных видов животных много, но несомненным остается одно: паразитизм — явление вторичное. Об этом свидетельствует наличие в жизненных циклах многих, даже наиболее специализированных паразитов, свободноживущих стадий, рекапитулирующих свободный образ жизни предков.

8. Пути морфо-физиологической адаптации к паразитическому образу жизни.

Морфофизиологические адаптации связаны с изменением внешнего и внутреннего строения паразитов и функционирования их систем органов. Они подразделяются на:

-наличие органов фиксации (присоски, крючья, коготки вшей, ротовой аппарат клещей);

-наличие наружных покровов, обладающих антиферментными свойствами, быстро регенерирующих, либо вообще непроницаемых для ферментов хозяина (кутикула, тегумент);

-молекулярная "мимикрия" (сходство структуры белков и ферментов паразита и хозяина);

-выделение кишечными паразитами антиферментов (зашита от переваривания соками хозяина);

-иммунносупрессивное действие паразитов (эндопаразиты секретируют протеазы, разрушающие иммунные комплексы и клетки хозяина) и др.

-редукция органов движения и некоторых систем (кровеносной, дыхательной);

-упрощение строения нервной системы и органов чувств.

Однако некоторые приспособления являются абсолютно универсальными. К

ним в первую очередь относятся высокая плодовитость и особенности половой системы. Действительно, возможность оставления потомства и попадания его в благоприятную среду — организм хозяина — у паразитов часто ничтожна. В связи с этим интенсивность размножения паразитов по сравнению со

свободноживущими формами гораздо более велика. Достигается это разными способами. У многоклеточных это сильная степень развития половой системы и образование огромного количества половых продуктов. Этому способствуют первичный гермафродитизм плоских червей, изначально высокая плодовитость круглых червей и основной массы членистоногих. Нередко высокая интенсивность полового размножения дополняется размножением личиночных стадий жизненного цикла. Особенно это характерно для сосальщиков, личинки которых размножаются партеногенетически, а у некоторых ленточных червей

— внутренним или наружным почкованием.

Паразиты, живущие в тканях, часто там инкапсулируются.

Паразиты, питающиеся кровью (представлены в основном членистоногими), имеют колюще-сосущий ротовой аппарат, а также сильно растяжимый хитиновый покров, часто разветвленную пищеварительную трубку, антикоагулянтные свойства слюны и консервантные свойства ферментов пищеварительной системы.

Эндопаразиты, активно отыскивающие хозяина, обладают органами ориентации в среде, используемыми для поисков хозяина (светочувствительные глазки, термо- и хеморецепторы), и органами передвижения.

Передний конец тела паразитов, внедряющихся в организм хозяина, снабжен органами проникновения — специализированными железами, колющими стилетами и т.д. Это касается даже некоторых простейших, способных проникать в ткани хозяина через неповрежденные покровы.

Высшей степенью адаптации паразитов к хозяевам является наблюдаемая часто полная зависимость паразита от жизнедеятельности хозяев. При этом паразит нередко вызывает такие реакции хозяина, которые обеспечивают максимальную вероятность заражения последнего. Так, самки остриц, откладывая яйца в области анального отверстия, вызывают зуд. Расчесывание зудящих мест способствует распространению яиц этого паразита руками по окружающим предметам. Таким же образом обеспечивается расселение чесоточного клеща. Зуд в пораженной конечности, прекращающийся от соприкосновения с водой, способствует циркуляции в природе такого паразита, как ришта.

Нередко особенности жизнедеятельности паразитов оказываются синхронизированными с образом жизни хозяев. Так, откладка яиц шистосомами происходит обычно в самое жаркое время суток, когда наиболее вероятным оказывается контакт хозяев с водой, куда для развития должны попасть яйца этих паразитов. В это же время в поверхностных слоях воды скапливаются в поисках хозяев церкарии этих шистосом. Таким образом облегчается циркуляция паразита сразу на двух стадиях его жизненного цикла. Если в циркуляцию паразита включены несколько хозяев, то наблюдаются их

рода Glossina), Trypanosoma cruzi (трансмиссивный путь заражения при укусе летающего клопа рода Triatoma или Rhodnins), Plasmodium vivax/malariae/ovale/falciparum (трансмиссивный путь заражения при укусе комара рода Anopheles).

Для природно-очаговых заболеваний характерны следующие признаки:

Возбудители циркулируют в природе от одного животного к другому независимо от человека;

Резервуаром возбудителя служат дикие животные;

Болезни распространены не повсеместно, а на ограниченной территории с определённым ландшафтом, климатическими условиями, биогеоценозами.

Компонентами природного очага являются (на примере лейшманиоза):

Возбудитель (Leishmania donovani);

Восприимчивые к возбудителю животные – резервуары (шакалы, лисицы);

Соответствующий комплекс природно-климатических условий, в которых существует данный биогеоценоз (страны с тропическим и субтропическим климатом).

11.Трематодозы как природно-очаговые заболевания (с примерами).

Фасциолез

Компонентами природного очага являются:

Возбудитель (Fasciola hepatica – Печёночный сосальщик);

Восприимчивые к возбудителю животные – резервуары (крупные копытные животные);

Соответствующий комплекс природно-климатических условий, в которых существует данный биогеоценоз (фасциолез встречается повсеместно, но чаще в странах с тёплым и влажным климатом).

Профилактика: не употреблять в пищу сырую воду, немытые овощи и фрукты.