Изучение наследственных признаков

МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ.

Изменчивость это свойство живых организмов приобретать новые признаки, отличные от признаков родителей. Наблюдаемая в живом мире изменчивость является сложным и универсальным биологическим явлением, обусловленным как действием факторов среды, так и наследственных факторов. Она проявляется в виде генетических, биохимических, физиологических или морфологических различий между особями одной популяции, разными популяциями.

Изменчивость имеет огромное значение в жизни организма, обеспечивая:

- генетический и фенотипический индивидуальный полиморфизм;

- выживание организма в постоянно меняющихся условиях среды;

- разную чувствительность организмов к определенным факторам среды;

- проявление некоторых патологических признаков;

- естественный отбор;

- материальную основу эволюции человека.

Основным источником изменчивости являются мутации, генетические рекомбинации в ходе образования гамет, оплодотворения, миграции индивидов из одной популяции в другую, факторы среды. Индицирующие изменчивость факторы среды делят на внешние (физические, химические и биологические) и внутренние (промежуточные продукты метаболизма, различные физиологические состояния).

В классификации изменчивости выделяют следующие типы:

- ненаследственная, или фенотипическая изменчивость, когда генетический материал не изменен; е ней относятся:

○ адаптивные модификации индивидов в пределах нормы реакции;

○ контролируемые генетические возрастные онтогенетические

изменения;

○ ненаследственные нарушения, возникшие спонтанно под действием повреждающих или тератогенных факторов среды; примером ненаследственных врожденных изменений являются фенокопии;

- наследственная, или генотипическая, связанная с изменениями на уровне генетического материала; к ней относятся:

○ комбинативная, являющаяся результатом генетической рекомбинации во время мейоза (внутрихромосомной и межхромосомной) ив в процессе оплодотворения (геномной);

○ мутационная, характеризующаяся количественными и качественными изменениями генетического материала, например:

■ субституции, делеции, инсерции (вставки) нуклеотидов на генном уровне;

■ структурные нарушения хромосом;

■ численные нарушения хромосом (анеуплоидии, полиплоидии).

Мутации являются основным источником изменчивости. Процесс возникновения мутации называется мутагенезом, а физические, химические или биологические факторы, индуцирующие мутации, - мутагенами. В зависимости от места и уровня вовлеченного в мутацию генетического материала различают три типа мутаций:

◊ генные мутации – происходят на уровне ДНК; при этом, они могут затрагивать как целый ген, так и несколько или даже один нуклеотид; последние из-за своих малых размеров также называют точечными;

◊ хромосомные мутации (аберрации) – нарушения в структуре хромосом, связанные с утерей, удвоением, вставкой или перестановкой участков хромосомы;

◊ геномные мутации – изменения диплоидного числа хромосом (46), затрагивают как одну-две пары хромосом (анеуплоидия), так и целые гаплоидные наборы (полиплоидия). Иногда структурные хромосомные и геномные нарушения объединяют под общим названием хромосомных мутаций.

Другая классификация мутаций основана на типе клетки, где возникла мутация. Согласно ей мутации бывают соматические и генеративные. В первом случае, в результате деления исходной мутантной клетки образуется мутантный клеточный клон, а во втором случае – аномальные гаметы, которые после оплодотворения дадут начало организму, в котором все клетки будут мутантными. Соматические мутации, образуя в организме отдельные клоны мутантных клеток, могут быть причиной канцерогенеза или преждевременного старения.

Мутации генов по происхождению делят на спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают под действием естественных факторов среды. Точную природу которых порой трудно выявить. Причиной спонтанных мутаций может быть естественная радиация, представленная космическими лучами, постоянной радиоактивностью земной коры и внутренним излучением. У человека они составляют до 1.5% от общего количества зарегистрированных мутаций. Индуцированные мутации вызваны действием известных факторов: физических (ионизирующей радиацией), химических (аналогов азотистых оснований, алкилирующих соединений) и биологических (вирусов). Изменения генетического материала влияют на жизненные свойства организмов, и, в зависимости от последствий этого влияния, мутации делятся на: благоприятные, или положительные, которые обеспечивают лучшую адаптацию организмов к условиям среды; отрицательные, летальные и полулетальные, которые приводя к различным патологическим состояниям, часто несовместимым с жизнью; нейтральные, которые не влияют на жизнеспособность, но способствуют фенотипическому полиморфизму.

ХРОМОСОМНЫЕ АНОМАЛИИ

Хромосомные аномалии представляют собой нарушения генетического материала, связанные с изменением нормального диплоидного числа или структуры хромосом.

К численным хромосомным аномалиям, или геномным мутациям, относятся:

- полиплоидии (69,ХХХ; 69ХХY; 92,ХХХХ; 92,ХХYY);

- анеуплоидии:

■ трисомии (47,ХХY; 47,ХХ, +21; 47ХY, +13 и т.д.)

■ моносомии (45,Х).

К структурным хромосомным аномалиям, или хромосомным мутациям, относятся:

- сбалансированные:

■ транслокации (46,ХY,t(9;22));

■ робертсоновские транслокации (45,ХХ,rob 21/14);

■ инверсии (46,ХХ,inv(3)(р12::q31);

- несбалансированные:

■ делеции (46,ХХ,del(р));

■ дупликации (46,ХY,dup(21q));

■ изохромосомы (46,Х,i(Хp));

■ кольцевые хромосомы (46,ХY,r(11);

Причиной возникновения хромосомных мутаций являются различные внешние и внутренние факторы, например:

■ факторы, нарушающие митоз, репликацию или вызывающие повреждения в ДНК:

- химические: цитостатики, метаболиты, свободные радикалы, алкирующие соединения;

- физические: ионизирующая радиация;

- биологические: вирусы;

■ возраст матери (более 45 лет), который увеличивает риск ошибок в распределении хромосом и, как следствие, анеуплоидий;

■ один из родителей является носителем сбалансированной хромосомной мутации (транслокации, инверсии);

■ внутрихромосомные перестройки – неравный кроссинговер и ошибки рекомбинации.

Фенотипические последствия и тяжесть патологического проявления зависит от:

- типа аномалии и размеров поврежденного участка – чем больше величина поврежденного участка, тем серьезнее последствия на уровне организма (нарушения воспроизводства, новорожденные с многочисленными аномалиями); недостаток генетического материала имеет более тяжкие последствия, чем увеличение его количества;

- содержания генов и активности хромосомы – например, организмы с трисомией 1 нежизнеспособны, в то время как трисомия 21 совместима с жизнью;

- типа и количества мутантных клеток – поражение соматических клеток ведет к изменению фенотипа носителя, а поражение половых клеток является причиной нарушений воспроизводства.

ИЗУЧЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Нормальные и патологические (генетические болезни) признаки человека генетически детерминированы и наследуются по моногенному, полигенному или мультифакториальному типу. Как правило, генетический детерминизм признака устанавливается одновременно с образованием генотипа в момент оплодотворения. Наследственные признаки отличают от ненаследственных ряд особенностей, а именно:

- пренатальный детерминизм;

- врожденное проявление;

- генеалогическое наследование;

- семейный характер;

- конкордантность у монозиготных близнецов;

- ассоциация с генетическими маркерами;

- специфическое распределение в популяции.

Следует отметить, что каждая из этих особенностей в отдельности не имеет решающего значения в определении наследственного характера признака, так как некоторые из них могут встречаться в случае ненаследственных признаков. Однако, если они все или большинство из них характерны для признака, то это свидетельствует о наследственном характере данного признака или болезни.

В генетике человека для установления наследственного характера признака используются различные методы, которые можно сгруппировать в зависимости от цели исследования:

- анализ генетического материала для прямого или косвенного выявления мутаций;

- анализ генетических маркеров (молекулярно-генетические и цитогенетические методы);

- анализ первичного продукта гена (белка), выявление нарушений метаболизма (биохимические методы);

- изучение наследования нормального или патологического признака в данной семье в ряду поколений (генеалогический метод);

- установление доли генетических и негенетических факторов в формировании нормального или патологического признака (близнецовый метод);

- определение генетической структуры популяции (популяционно-статистический метод).

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: