Пособие по физ-ре

Т е м а 1 3

МОНИТОРИНГ ЗДОРОВЬЯ — ВОЗМОЖНОСТИ СОВРЕМЕННОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Национальный Институт здоровья США, в составе которого в 1995 г. появился Национальный институт исследования генома человека, который возглавил Фрэнсис Коллинз. В этом же году он стал и руководителем международной программы «Геном человека», к которой присоединились ведущие молекулярные лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России. Решающая роль в становлении и развитии одноименной отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому академику А. А. Баеву.

Основной задачей программы «Геном человека», сформулированной Ч. Контором, было создание генетической, физической и сик-

221

венсной карт. При этом под сиквенсом понималась расшифровка точной первичной последовательности нуклеотидов всей гигантской (1,5–1,7 м) молекулы ДНК. С этой целью были разработаны специальные методы секвенирования ДНК. Первоначально программа была запланирована на 15 лет. Ее стоимость оценивалась в 3 млрд долларов. Цена одного шага, т. е. установление положения одного нуклеотида в цепи ДНК, составляла тогда 1 доллар. Однако серьезные технические и методические усовершенствования позволили автоматизировать процесс секвенирования, сделать его более эффективным, быстрым и экономичным. В результате, уже в июне 2000 г. было

Сегодня открытия, связанные с геномом человека, привели к созданию множества фирм по генотипированию и трактованию генетических данных.

Генетика привлекла умы не только ученых и общества, поэтому стали возникать многочисленные научно-популярные издания, повествующие об успехах генетики. Одно из наиболее ярких изданий — книга Мэтта Ридли, где он подробным образом рассказывает о том, что такое современная генетика.

Для того чтобы передать значение развития генетики для человечества, приведем высказывания выдающихся ученых современно-

222

сти Джеймса Уотсона (расшифровал молекулу ДНК): «Раньше считали, что судьба человека написана на звездах. Теперь мы знаем, что она записана в его генах» и Фрэнсиса Коллинза (директор программы «Геном человека»): «Никто из нас генетически не совершенен. Чем больше появляется генетических тестов, тем с большей вероятностью каждый находит у себя мутацию, предрасполагающую его к тому или иному заболеванию» (цит. по: Генетический паспорт… 2009).

Основу генома человека составляет молекула ДНК — знаменитая «нить жизни», двуспиральная структура которой была гениально

клетке человека составляет около 1,5–1,7 м. Число нуклеотидов всей уникальной «нити жизни» равно приблизительно 3,3 млрд пар оснований (п. о.), по последним данным — 3.164.7 × 10 6 п. о. Фрагменты ДНК этой нити и являются тем, что называется генами, т. е. кодирующими участками генома, определяющими структуру пептидиных цепей, образующих все белки организма. Получение точных данных о структуре генома, т. е. о первичной последовательности нуклеотидов, количестве генов у человека и их организации в хромосомах, — эти вопросы давно привлекали и продолжают привлекать внимание ученых–молекулярных биологов.

223

Предмет исследования в молекуле ДНК — различия в первичной структуре молекулы ДНК (рис. 18), которые называются либо мутациями (менее 3%), либо полиморфизмом. Основные преимущества генетического исследования по сравнению с другими видами исследований: 1) объект исследования — это непосредственно молекула ДНК; 2) генетическое исследование возможно практически на любой стадии развития организма, а не тогда, когда формируется соответствующий орган, ткань или система, где работает мутантный ген.

Генетическое тестирование представляет собой основу для генетического паспорта, область применения которого очень велика.

1. Использование в предиктивной медицине: анализ предрасположенности индивидуума к различным социальнозначимым заболеваниям, которые вызваны воздействием окружающей среды (атопические формы астмы и аллергозы, сахарный диабет, остеопороз, бронхиальная астма и др.); сердечно-сосудистым заболеваниям; онкологическим заболеваниям (рак молочной железы, рак легкого, рак толстой кишки и др.).

224

2.Оптимальный выбор лекарственной терапии (фармакогенетика).

3.Диагностика наследственных заболеваний.

4.Геномная дактилоскопия (идентификация личности и установление отцовства).

5.Профориентированный отбор.

6.Отбор спортсменов (предрасположенность к определенным видам физической активности).

7.Подбор индивидуального питания.

8.Подбор индивидуальных биодобавок и косметических средств.

позволяет выявить индивидуальные особенности организма человека. Поэтому генетическое тестирование на любом этапе спортивной подготовки может дать первичную информацию тренерам для более рационального подбора кадрового резерва и индивидуальных программ тренировки спортсменов. Немаловажное значение имеет и разработка индивидуального подхода к восстановлению формы спортсмена после соревнований и периода усиленных тренировок. Известно, что разные люди по-разному и с разной скоростью воспринимают тренировочные нагрузки. Кому-то свойственна быстрая адаптация, кто-то восстанавливается медленнее. Большинство

225

из этих процессов, так или иначе связано с индивидуальными генетическими особенностями организма.

На сегодняшний день принято считать, что генетика определяет около 30% слагаемых здоровья человека, а факторы среды до 70%, из которых наиболее важные — еда, режим питания, физическая активность, стресс и вредные привычки, экология, лекарства.

Многочисленные исследования свидетельствуют об индивидуальных способностях человека к выполнению различий физических упражнений, о наследственной предрасположенности к тем или иным видам спорта, где генетика играет значительную роль.

генов — АВО и лейкоцитарных антигенов — HLA;

•дерматоглифы — узоры на подушечках пальцев рук и ног;

•состав мышечных волокон и их распределение по трем типам

всоответствии с метаболическим профилем;

•гормональный профиль и содержание гормонов в крови. Первым полиморфизмом, для которого была показана связь со

структурой мышечных волокон, был I/D полиморфизм гена ACE. Установлено, что для лиц с генотипом I/I характерно более высокое относительное содержания медленных волокон (50,1±13,9%) и низкое содержание быстрых волокон (16,2+6,6%) по сравнению с таковым

226

при наличии генотипа D/D (30,5±13,3% и 32,9±7,4%) (Выявление генетических факторов… 2007: 13–21). Этот факт подтверждает роль I/D полиморфизма гена ACE в детерминации как локальной, так и общей физической работоспособности.

Первые данные об ассоциации полиморфизма этого гена с физической работоспособностью у альпинистов были опубликованы в 1998 г. Эту дату принято считать началом исследований в области спортивной генетики (Human gene for Physical performance 1998: 221–222).

Кому нужно генетическое тестирование? Что оно дает?

4. Поиск новых генов, ассоциированных с занятиями спортом (уже идентифицировано более 150 генов, контролирующих физические способности человека): 1) гены «выносливости»; 2) гены «мышечной силы, быстроты реакции и координированного ответа»; 3) гены «повышенной работоспособности»; 4) гены, мутации и полиморфизмы которых свидетельствуют о наличии противопоказаний к занятиям спортом.

Так, среди полиморфных сайтов, имеющих отношение к физическим способностям человека и к спорту, уже сейчас можно выделить следующие: I/D полиморфизм гена ангиотензин-превра-

227

щающего фермента (ACE) (Рогозкин, Назаров, Казаков 2000; The Angiotensin converting… 2001), R577X полиморфизм гена альфа-ак- тинина-3 (ACTN3) (Yang, Daniel, Jason 2003; Рогозкин, Астратенкова, Дружевская, Федотовская 2005), C34T полиморфизм гена АМФдезаминазы (AMPD1) (там же; Norman, Mahnke-Zizelman, Vallis, Sabina 1998), полиморфные сайты альфа-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PPARA) и 1-альфа-коактиватора гамма-рецептора (PGC1A). Во многих работах исследован ген рецептора витамина D (VDR), гена эндотелиальной синтазы оксида азота (NOS3) и ген миостатина (MSTN) (Анализ полиморфизма… 2004;

карты физической активности версии 2005 г., произошло значительное расширение спектра генов, полиморфизм которых ассоциирован

спредрасположенностью к тому или иному виду спорта, что связано

свозросшей активностью молекулярно-генетического тестирования в ряде лабораторий как у нас в стране, так и за рубежом (Выявление генетических факторов… 2007; The Human Gene Map… 2006).

Перечень генов и их аллелей, ассоциированных с выносливостью и силой (скоростью) представлен в табл. 7 и 8.

Идентифицированы также аллели, ассоциированные с ограниченной физической активностью человека в результате снижения

228

Таблица 7. Список генов-кандидатов и их аллелей,

ассоциированных с проявлением выносливости у спортсменов

229

Ис т о ч н и к: Табл. 7 составлена по материалам: The Human Gene Map… 2006.

реакции,

силе

Ис т о ч н и к: Табл. 8 составлена по материалам: The Human Gene Map… 2006.

или повышения экспрессии соответствующих генов-кандидатов. Наличие таких аллелей коррелирует с прекращением роста спортивных результатов либо осложняется развитием патологических

230