Теоретичні матеріали до теми Генетика

Підготовчі матеріали до теми

Генетика людини — галузь генетики, тісно пов’язана з антропологією й медициною. Генетику людини умовно підрозділяють на антропогенетику, яка вивчає спадковість і мінливість нормальних ознак людського організму, і генетику медичну, котра вивчає його

спадкову патологію. У генетиці людини замість класичного гібридологічного аналізу застосовують генеалогічний метод, який полягає в аналізі розподілу в родинах осіб, які мають цю ознаку й у яких вона відсутня. Це допомагає розкрити тип спадкування, частоту й інтенсивність прояву ознаки. Під час аналізу родинних даних одержують також цифри емпіричного ризику, тобто ймовірність володіння ознакою залежно від ступеня споріднення з її носієм. Генеалогічним методом уже показано, що понад 1800 морфологічних, біохімічних та інших ознак людини успадковується відповідно до законів Менделя. Наприклад, темне забарвлення шкіри й волосся домінує над світлим, відсутність деяких ферментів визначається рецесивними генами, а ріст, вага, рівень інтелекту й ряд інших ознак —

«полімерними» генами, тобто системами з багатьох генів. Багато ознак і хвороб людини зчеплені зі статтю, тобто обумовлені генами, локалізованими в Х- або Y-хромосомі, наприклад, гени гемофілії, недостатності ферменту глюкозо-6-фосфатдегідрогенази,

колірної сліпоти. Успіхи в розвитку генетики людини зробили можливими попередження й лікування спадкових захворювань. Один з ефективних методів їх попередження — медико-генетичне консультування із пророкуванням ризику появи хворого в потомстві осіб, які страждають на певні захворювання або мають хворого родича.

Як здійснювався проект «Геном людини»

Міжнародний проект «Геном людини» був розпочатий 1988 р. Це один із найбільш трудомістких і дорогих проектів в історії науки. У ньому було задіяно кілька тисяч учених з понад 20 країн світу. Основна мета проекту — з’ясувати послідовність нуклеотидних основ у всіх молекулах ДНК людини й установити локалізацію, тобто повністю картирувати всі гени людини. Очікується, що потім дослідники визначать функції генів і розроблять способи використання отриманих даних.

Зміст проекту

Відомо, що в ядрі кожної соматичної клітини людини міститься 23 пари хромосом, кожна хромосома представлена однією молекулою ДНК. С умарна довжина всіх 46 молекул ДНК в одній клітині дорівнює приблизно двом метрам, а загальна довжина ДНК у всіх клітинах людського тіла майже в тисячу разів більша за відстань від Землі до Сонця. Існує спеціальний механізм укладання ДНК. Перший рівень її компактизації припускає об’єднання ДНК із гістоновими білками й утворення нуклеосом. Ц ей рівень укладання дозволяє зменшити лінійні розміри ДНК в шість-сім разів. На наступному рівні нуклеосоми

укладаються у фібрилу (соленоїд). Кожний виток становить шість-сім нуклеосом, при цьому лінійні розміри ДНК зменшуються до 1 мм, тобто у 25–30 разів. Третій рівень компактизації — петельне укладання фібрил. Поперечна покресленість, характерна для мітотичних хромо-

сом, відображає певною мірою порядок розташування генів у молекулі ДНК. В еукаріотів розміри ДНК набагато перевершують сумарні розміри значимих генів. Ц е пояснюється, по-перше, мозаїчною будовою гена: фрагменти, які підлягають транскрипції — екзони, перемежовуються незначними ділянками — інтронами. Послідовність генів спочатку повністю транскрибується, а потім інтрони вирізаються, а екзони зшиваються. Другою причиною колосальних розмірів ДНК є велика кількість повторюваних генів. Деякі з них

повторюються десятки або сотні разів, а є й такі, у яких трапляється до 1 мільйона повторів на геном. Наприклад, ген, який кодує рРНК, повторюється приблизно 2 тис. разів. У геномі людини не більше 30 тис. генів, причому на їх частку припадає менше 3 % загальної довжини ДНК клітини, а функціональна роль інших 97 % поки не встановлена. У ході виконання проекту «Геном людини» було розроблено багато нових методів дослідження, більшість із яких останнім часом автоматизована, що значно прискорює й здешевшує роботу з розшифровки ДНК. Ц і ж методи аналізу можуть використовуватися й для інших цілей: у медицині, фармакології, криміналістиці тощо. Імовірно, у найближчі роки стане можливою понадраннядіагностика важких захворювань, а отже, і більш успішна боротьба з ними. Зараз активно розробляються методи адресної доставки ліків в уражені клітини, заміни хворих генів здоровими, вмикання й вимикання бокових колій метаболізму за рахунок вмикання й вимикання відповідних генів. Уже відомі приклади успішного застосування генотерапії. Так, наприклад, удалося домогтися істотного полегшення стану дитини, яка страждає на важкий уроджений імунодефіцит, шляхом уведення їй нормальних копій ушкодженого гена.

За послідовностями ДНК можна встановлювати ступінь спорідненості людей, а за мітохондріальною ДНК — точно встановлювати споріднення за материнською лінією. Р озроблений метод «генетичної дактилоскопії», який дозволяє ідентифікувати людину за

слідовими кількостями крові, лусочками шкіри тощо. Ц ей метод з успіхом застосовується в криміналістиці. У ході проекту створено послідовно три типи карт хромосом: генетичні, фізичні й секвенсові (від англ. слова sequence — послідовність). 17 травня 2006 року дослідники оголосили про закінчення останнього етапу роботи з розшифровки повного геному людини — секвенування найбільшої, першої, хромосоми.

Генетика статі

Слово «секс» у перекладі з латини означає «стать». Латинське sexus походить від дієслова secare — розрізати, розділяти, чим підкреслюється, що дві статі існують ніби незалежно. А от слово «пол» (російською) натякає на половинку, тому що кожна стать є тільки половиною чогось цілого. До початку XX століття в людей були дуже приблизні уявлення про те, яким чином визначається стать майбутньої дитини. Наприклад, стародавні греки вірили, що дівчинка народжується під час запліднення насінною рідиною з лівого яєчка, а хлопчики — із правого. Аристотель зовсім серйозно вважав, що вівця зачинає плід чоловічої статі, якщо стоїть головою до півночі, і жіночої — якщо до півдня. На самому початку другої половини XX століття вченим удалося довести, що всі 46 хромосом людини можна розбити на дві групи. Більшу з них становлять парні соматичні хромосоми, які не мають ніякого відношення до визначення статі (їх назвали аутосомами). До другої групи входить усього одна пара хромосом, які назвали статевими хромосомами. Останні трохи відрізняються за зовнішнім виглядом одне від одного, тому їх стали називати X-хромосомою й Y-хромосомою. Під час утворення статевих клітин у процесі мейозу число хромосом зменшується вдвічі. У результаті кожна майбутня яйцеклітина несе по одній статевій X-хромосомі. У цьому плані всі яйцеклітини однакові. С перматозоїди ж розділяються на дві групи. Одні з них містять X-хромосому, а інші — Y-хромосому. Стать майбутнього зародка й немовляти визначається тим, сперматозоїд якого типу встигне першим досягти яйцеклітини й запліднити її. Якщо це буде сперматозоїд з X-хромосомою, на світ з’явиться дівчинка. В іншому випадку запліднена яйцеклітина буде мати хромосомний набір XY, і з неї розів’ється хлопчик. Стать, у якої статеві хромосоми різні, була названа гетерогаметною, а стать, у якої статеві хромосоми однакові,— гомогаметною. Є організми, в яких гетерогаметною є жіноча стать. Наприклад, у птахів особини чоловічої статі мають дві однакові статеві хромосоми ZZ, а особини жіночої статі — різні статеві хромосоми ZW.

Зовсім інший механізм визначення статі у бджіл і мурах. У цих організмів немає статевих хромосом: самки — це диплоїдні особини, а самці (трутні) — гаплоїдні. Самки розвиваються із запліднених яєць, а з незапліднених розвиваються трутні. Людина відносно визначення статі належить до типу XX–XY. Одна Х-хромосома завжди виявляється в активному стані й має звичайний вигляд. Інша, якщо вона є, перебуває в спочиваючому стані у вигляді щільного темнозабарвленого тільця, названого тільцем Барра (факультативний гетерохроматин). Число тілець Бара завжди на одиницю менше числа наявних Х-хромосом, тобто в чоловічому організмі їх немає зовсім, у жінок (ХХ) — одне. У людини Y-хромосома є генетично досить інертною, тому що в ній дуже мало генів. Однак вплив Y-хромосоми на детермінацію статі в людини дуже сильний. С тать визначається наявністю або відсутністю Y-хромосоми. Л юди генотипу XXX являють собою жінку, а з генотипом XXXY — чоловіка. Такі генотипи виникають у результаті нерозходження статевих хромосом, що призводить до

порушення розвитку. Незважаючи на те що жінки мають дві Х-хромосоми, а чоловіки — тільки одну, експресія генів Х-хромосоми відбувається на тому самому рівні в обох статей. Ц е пояснюється тим, що в жінок у кожній клітині повністю інактивована одна Х-хромосома (тільце Барра), про що вже було сказано вище. Х-хромосома інактивується на ранній стадії ембріонального розвитку. Гени, які перебувають у статевих хромосомах, називають  чепленими зі статтю. У Х-хромосомі є ділянка, для якої в Y-хромосомі немає гомолога. Тому в особин чоловічої статі ознаки, обумовленігенами цієї ділянки, проявляються навіть у тому випадку, якщо вони рецесивні. Ц я особлива форма зчеплення дозволяє пояснити

спадкування ознак, зчеплених зі статтю. У людини близько 60 генів, які відповідають за розвиток спадкових захворювань, успадковуються у зв’язку з Х-хромосомою, у тому числі гемофілія, дальтонізм (колірна сліпота), мускульна дистрофія, потемніння емалі зубів, одна з форм агамаглобулінемії та інші. С еред домінантних ознак, пов’язаних з Х-хромосомою,

можна вказати на ген, який викликає недостатність органічного фосфору в крові. Y-хромосома передається від батька всім його синам, і тільки їм. Отже, гени, які містяться в Y-хромосомі, проявляються тільки в чоловіків. У людини в Y-хромосомі містяться гени, один із яких необхідний для диференціації насінників, другий — для прояву антигена гістосумісності, а третій впливає на розмір зубів. Y-хромосома також має гени, які визначають патологічні ознаки. До них відносять облисіння, гіпертрихоз, наявність перетинок на нижніх кінцівках, іхтіоз (лускатість і плямисте стовщення шкіри).