Медицинская генетика

Медицинская генетика

Кировский физико-математический лицей

Реферат

по биологии

Медицинская генетика

Составил

Сухих Константин

10а класс

Проверила

Лусникова Н. А.

Киров, 1999

Введение.____________________________________________________________________ 3

§1. Генетика и этапы её развития.__________________________________________ 4

§2. Клонирование и генная инженерия.______________________________________ 10

§3. Причины генных мутаций.______________________________________________ 15

§4. Генетика пола.__________________________________________________________ 16

§4.1. Соотношение полов.____________________________________________________ 18

§4.2. Наследование, ограниченное и контролируемое полом.______________________ 19

§4.3. Предопределение пола у человека.________________________________________ 20

§5. Диагностика генетических болезней.___________________________________ 23

§5.1. Методы дородовой диагностики__________________________________________ 23

§5.2. Степень риска_________________________________________________________ 26

§5.3. Аутосомные нарушения_________________________________________________ 26

§5.4. Нарушения, сцепленные с Х-хромосомой.__________________________________ 27

§6. Генетические болезни.__________________________________________________ 29

§7. Генная терапия._________________________________________________________ 33

§8. Методы исследования наследственности человека.____________________ 36

§8.1. Генеалогический метод._________________________________________________ 36

§8.2. Близнецовый метод.____________________________________________________ 38

§8.2. Цитогенетический метод._______________________________________________ 38

§8.3. Биохимические методы_________________________________________________ 38

Заключение.________________________________________________________________ 39

Краткий словарь терминов.________________________________________________ 40

Список используемой литературы.________________________________________ 45

Введение.

Если век 19-й по праву вошел в историю мировой цивилизации как Век Физики, то стремительно завершающемуся веку 20-му, в котором нам  счастливилось жить,  по всей вероятности, уготовано место Века Биологии, а может быть, и Века Генетики.

Действительно, за  неполных 100 лет после вторичного открытия  законов Г.  Менделя генетика прошла триумфальный путь от натурфилосовского  понимания законов наследственности и изменчивости через экспериментальное накопление  фактов  формальной генетики к молекулярно-биологическому пониманию сущности гена, его структуры и функции. От теоретических построений о гене как абстрактной единице наследственности - к пониманию его материальной природы как  фрагмента  молекулы  ДНК,  кодирующего аминокислотную структуру белка, до клонирования индивидуальных генов,  создания подробных генетических карт человека,  животных, идентификации генов, мутации которых сопряжены с тяжелыми наследственными недугами,  разработки методов биотехнологии  и генной инженерии, позволяющих направленно получать организмы с заданными наследственными признаками,  а также проводить  направленную коррекцию мутантных генов человека, т.е. генотерапию наследственных заболеваний.  Молекулярная генетика значительно углубила  наши представления о сущности жизни,  эволюции живой природы,  структурно-функциональных механизмов регуляции индивидуального развития. Благодаря ее успехам начато решение глобальных проблем человечества, связанных с охраной его генофонда.

§1. Генетика и этапы её развития.

                Итак, что такое генетика? Генетика – это наука о наследственности и изменчивости организмов, она раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении, и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам, участвуя в процессах эволюции и селекции. Наследственность и изменчивость – это две стороны одних и тех же основных жизненных процессов. В противоположности наследственности и изменчивости заключена диалектика живого.

В настоящее время она является фундаментом новых  методов селекции,  познания биологических основ человека и современной теории эволюции. Больших успехов добились молекулярная генетика, цитогенетика, популяционная генетика и др.

  В начале развития генетики как науки ее целью было  выявление  общих  законов  передачи  признаков от одного поколения другому.  Затем перед генетикой встала новая задача -  выявить механизмы,  лежащие в основе этих законов, и связать их с микроструктурами клетки. Далее возник вопрос: как и каким образом физико-химические свойства наследственного вещества и содержащаяся в нем генетическая информация  могут  перевоплощаться  в признаки развивающегося организма?  Генетика классическая породила генетику молекулярную.  Содержащаяся в  оплодотворенном яйце  генетическая информация охватывает весь комплекс признаков и особенностей, которые организм проявляет в течение всего онтогенеза,  т.е.  от  момента оплодотвореня до смерти.  Этими сложными биохимическими процессами, лежащими в основе развития всех  признаков морфологических,  физиологических и любых других,  вплоть до поведенческих, занимается другая отрасль генетики  -  феногенетика.  Как организм не может существовать вне окружающей среды, так и формирование его признаков в результате активности наследственного вещества происходит в строго определенных условиях,  и каждый признак зависит  не  только  от наследственного фона, но и от условий, в которых он развивается. исследования взаимосвязей наследственного вещества и окружающей среды является чрезвычайно важной проблемой феногенетики.

Генетика изучает  явления наследственности и изменчивости на различном уровне организации  живой  материи;  молекулярная генетика  исследует ее на молекулярном уровне,  другие отрасли генетики занимаются этими проблемами на уровне  клетки,  организма и ,наконец,  на уровне коллектива особей, населяющих общую территорию,  принадлежащих к одному виду, объединенных потенциальной  возможностью  обмена  наследственными факторами и действием отбора. Последнее - задача популяционной генетики.

Каждая из этих отраслей генетики имеет свои методы исследований и цели,  хотя все они взаимосвязаны. Если феногенетика доводит развитие  какого-либо  признака  в организме до уровня молекулярных изменений, то и популяционная генетика сводит генетические изменения,  которым подвергается популяция, к молекулярным изменениям наследственного вещества под действием мутаций и отбора.

В начале своего развития  генетика  была  изолирована  от других наук. Эта изоляция, однако, была быстро преодолена.

Для исследования природы явлений наследственности  и  изменчивости генетические  методы  сочетались с методами цитологии, физики,  химии,  математики, биохимии, иммунологии и ряда других наук.  Было показано, что материальной основой наследственности и изменчивости при их специфике для разных категорий системы организмов в принципе едины для всего живого:  человека, животных, растений, микроорганизмов и вирусов.

          На рубеже 18-19 веков были сделаны первые попытки верно оценить наследование ряда патологий у людей. Мопертьи в 1750 году описал, что полидактилия может передаваться по аутосомнодоминантному типу любым из родителей. Причем сделанные выводы предвосхитили идеи Грегора Менделя. Адамс в “Трактате о предполагаемых наследственных свойствах болезней” сделал следующие заключения о наличии “семейных” (рецессивных) и “наследуемых” (доминантных) факторов у человека: отметил проявления семейных заболеваний у близких родственников и др., руководствуясь которыми можно было прогнозировать появление некоторых болезней у родственников.

          В начале 19-го века были выявлены некоторые закономерности наследования гемофилии при исследовании ряда родословных, в которых встречались лица, страдающие этой болезнью. Об опасности этой болезни при обряде обрезания у новорожденных указывалась ещё в Талмуде: “Женщины в таких семьях передают эту склонность от отцов к своим детям, даже когда они замужем за мужчинами из других семей, не подверженных кровотечениям…”

          В 1865 г. Ф. Гальтон предположил, что способности человека зависят от наследственных факторов. В 1889 г. он предложил изучать влияние качеств, которые могут улучшить здоровье человека. В дальнейшем его идеи способствовали развитию евгеники. Он разработал генеалогический и близнецовый методы исследований человека.

          Описание наследования дальтонизма (сцепленное с полом, рецессивное наследование) приведено офтальмологом Горнером (Швейцария, 1876).

          О. Гертвиг в 1875 г. описал процесс оплодотворения. А. Вейсман указал, что носителями наследственных свойств являются ядра клеток, лежащих в основе процессов роста и размножения клеток у человека. В 1882 г. Э. Ван Беден показал, что в половых клетках число хромосом в два раза меньше, чем в соматических. При оплодотворении число хромосом увеличивается вдвое. Термин “хромосомы” был предложен В. Вальдеером в 1888 г. для обозначения постоянных элементов ядра клетки.

          Законы наследования моно-, ди- и полигенных признаков, установленные Г. Менделем в 1865 г., определили развитие генетики как науки на весь последующий период.

          Официальной датой рождения генетики принято считать весну 1900 г., когда независимо друг от друга Г. де Фриз (Голландия), Корренс Германия), Чермак (Австрия) переоткрыли законы Менделя, что дало толчок к развитию генетических  исследований.

          В 1910 г. Т. Морганом и его сотрудниками была показана роль хромосом в наследственности и установлены законы сцепленного наследования, которые вместе с законами независимого  Г. Менделя составляют фундамент классическом генетики.

          Работы А. С. Серебровского по антропогенетике (1922 – 1929) способствовали становлению медико-генетического института, который был создан в 20-х годах под руководством профессора С. Г. Левита.

          В 1924 году Г. А. Левитский применил термин “кариотип” для обозначения ядерных особенностей организма. Термин “идиограмма” (типичный для вида состав ядра) был предложен С. Г. Навашиным, но распространения не получил. Лишь после уточнения Левитским в 1931 году идиограмма стала предполагать графическое изображение совокупности признаков хромосом (диаграммно-схематическое изображение).

          Часть работ по генетике человека публиковалась тогда в популярном журнале “Annals of Eugenics”. После окончания второй мировой войны он стал называться “The Journal of Human Genetics”. С тех пор развитие генетики человека шло в  других направлениях:

·        изучение наследования патологий;

·        изучение факторов возникновения и распространения таких болезней, как диабет, злокачественные опухоли, шизофрения.

На основании родословных А. С. Пушкина, С. Рахманинова, Л. Н. Толстого, А. М. Горького, П. И. Чайковского изучали наследование одаренности известные генетики Н. К. Кольцов и Ю. А. Филипченко. Филипченко опубликовал цикл работ по наследственности человека и евгенике. В 1921 г. Ю. А. Филипченко организовал бюро по евгенике при Российской Академии наук, впоследствии реорганизованное в лабораторию генетики, ставшую в 1933 г. институтом генетики, который возглавил Н. И. Вавилов. 

Клинико-генеалогический метод получил дальнейшее развитие в работах С. Н. Давиденкова, который анализировал различные клинические формы (полиморфизм) и особенности течения болезней течения болезней нервной системы.

В 1925 году выходит в свет книга “Наследственные болезни нервной системы”, положившая начало почти тридцатилетней тематике исследований известного клинициста-генетика С. Н. Давиденкова. По существу, он первый отчётливо сформулировал принцип генетической гетерогенности наследственных болезней. “Единая” миопатия распалась на семь форм. Давиденков высказал идею о необходимости создания каталогов генов для классификации наследственных патологий.

В конце 20-х начале 30-х годов в нашей стране начался кризис генетики, которая была объявлена “лженаукой”. Отечественные ученые-генетики не смогли продолжать в течение многих лет научные исследования практически по всем направлениям генетики и в смежных с ней биологических дисциплинах. Трагические последствия августовской сессии ВАСХНИЛ 1948 года нанесли огромный вред теоретическим и практическим достижениям генетики в нашей стране, утвердив антинаучные идеи Т. Д. Лысенко. Был нанесен непоправимый вред подготовке биологов и медиков. Лишь только с 50-х годов в нашей стране началось восстановление генетических направлений исследований.

1941 год – обнаружена несовместимость крови по резус-фактору у матери и плода. В этот период была заложена основа биохимической генетики Бидлом и Тейтемом.

Молекулярная биология как самостоятельная наука сформировалась к 1953 году, когда трое ученых Френсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс описали модель строения ДНК.

Эллисон (1954) получил доказательство о роли инфекционных болезней в формировании генофонда человека, установив связь между малярией и частотой гена серповидноклеточности среди населения Западной Африки.

До 1956 года считалось, что диплоидный набор человека имеет 48 хромосом, но Тио и Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом.

В. М. Ингрэм в 1957 году показал, что отличия между нормальным гемоглобином и серповидноклеточным у человека определяется только заменой глутамина на валин в шестом положении – цепи гемоглобина человека.

В 1959 году Лежен установил причину возникновения синдрома Дауна, связанного с трисомией по 21 хромосоме. Джекобс и Стронг, а также Форд с сотрудниками обнаружили моносомию и  трисомию по X-хромосоме (XO и XXY) при синдроме Тернера и Клайнфельтера, соответственно. В том же году была установлена роль Y-хромосомы в определении пола у человека.

В 1960 году Мурхед с сотрудниками разработал метод культивирования лимфоцитов периферической крови с целью получения метафазных хромосом человека. Патау и Эдвардс описали две аутосомные трисомии, позже идентифицированные, как 13 и 18. Ноуэлл и Хангерфорд показали роль хромосомных мутаций при развитии злокачественного заболевания у человека. Они описали “филадельфийскую хромосому” при злокачественном миелолейкозе. Методы дифференциального окрашивания хромосом, позволившие идентифицировать все хромосомы человека, были разработаны к 1970 году.

В 1961 году была высказана гипотеза Лайон об инактивации одной из X-хромосом в кариотипе женщин.

Обширные исследования в области изучения полиморфизма наследственных болезней человека выполнены Мак-Кьюсиком. Им был составлен подробный каталог генов в 1966 году, который впоследствии неоднократно переиздавался с дополнениями.

А. Баев (1967) расшифровал последовательность нуклеотидов т-РНК (t-RNA). Л. Зилбергом (1968) была предложена вирусно-генетическая теория возникновения рака.

1972 год – формируется новое направление в молекулярной биологии – генетическая инженерия. В этом году в лаборатории Берга (США) была получена рекомбинация ДНК. На базе исследований этого направления возникла “индустрия ДНК”. С помощью генной инженерии сконструированы искусственные гены инсулина, соматотропина, интерферона.

В середине 70-х годов были открыты транспозоны советским ученым Г.Георгиевым с помощью методов молекулярной генетики, гипотеза о существовании которых была ранее предложена Б Маклинток.

Важнейшим достижением последнего времени является определение числа генов у человека и составление генетических карт хромосом, а также выяснение причин мутирования генов.

В настоящее  время  нет  такой отрасли биологии,  которая могла бы развиваться,  не учитывая и не используя данных генетических исследований. Это относится в равной мере к экологии, систематике, зоопсихологии, эмбриологии, эволюции и др.

Показательна связь  генетики  с  эмбриологией. Эмбриолог следит за изменениями,  происходящим в зародыше,  ищет причины этих изменений. Бросается  в глаза постепенная дифференциация развивающегося зародыша. Возникает вопрос:  каким же  образом наследственное вещество,  одинаковое во всех клетках зародыша, по крайней мере, первоначально,  является причиной того,  что в дальнейшем развитии появляются все большие и большие  различия между отдельными группами клеток. Эмбриолог сталкивается снова

с генетической проблемой,  и неудивительно поэтому, что исследования  эмбриологов посвящаются этим основным проблемам связи между эмбриологией и генетикой.

Итак, можно выделить  несколько  основных  направлений  в развитии генетики:

          - генетика онтогенеза;

- генетика человека;

- генетика растений;

- генетика животных;

- генетика микроорганизмов;

- генетика популяций;

- генетика и экология;

- генетика и эволюция;

- генетика медицинская;

- генетика и радиация;

- генетика адаптаций и др.

Генетика человека не только использует достижения,  полученные в исследованиях на других организмах,  но и сама обогащает наши теоретические познания.  Выбор  нового  объекта  или применение новых методов,  вызывающих расцвет генетики, каждый раз лишь на короткое время,  сменяется периодом  стабилизации, за которым следует новый подъем, появление новой области генетических исследований.  Каждая новая фаза развития генетики не снимает предыдущих достижений, а, наоборот, расширяет и углубляет их.  Генетические исследования постоянно расширяются, ибо именно генетика призвана осветить проблемы жизни, ее возникновения и развития.

§2. Клонирование и генная инженерия.

          Синтез идей и методов общей,  молекулярной генетики и физико-химической биологии создал новое направление в  современной биологии,  получившее название генетическая инженерия. Генетическая инженерия представляет  собой  область  современной биотехнологии, которая обладает новыми методами создания генотипов,  нужных практике и науке. Эти методы позволяют целенаправленно изменять наследственные основы при помощи манипуляций на клеточном,  хромосомном и на генном  уровнях.  В  последнем случае  принят  термин - генная инженерия.  Метод генетической

инженерии в дальнейшем может быть перспективен в  животноводстве  для  создания стад-клонов от высокопродуктивных животных, имеющих ценный генотип. На этом пути следует ожидать новых успехов в селекции растений.

Наибольших успехов  генетическая  инженерия  достигла  на уровне генов,  что связано с развитием новых методов, в первую очередь, разработанных для клеток бактерий и вирусов.

Основанием работы по генной инженерии  является,  во-первых, возможность  выделения отдельных генов и,  во-вторых,  их внесение в  избранную клетку.  На ряде примеров показано,  что человеческие белки,  например ИНСУЛИН,  ИНТЕРФЕРОН, могут быть получены микробиологическим синтезом в клетках бактерий, несущих соответствующий ген человека.  Свойства самих бактерий могут  быть  изменены  в сторону сверх синтеза нужного микробного препарата.  На этих основах создается новая биотехнологическая промышленность,  которая  в  недалеком  будущем окажет большое влияние на успехи сельского хозяйства и медицины.

Страницы: 1, 2, 3, 4