Примеры генных болезней: Что вызывает генетические заболевания? – Welcome to HemDifferently by BioMarin

10.4. Генные болезни человека. Генетика человека с основами общей генетики [Учебное пособие]

10.4. Генные болезни человека

Генные болезни человека обусловлены генными мутациями, механизм которых был рассмотрен ранее. Молекулярной основой этой наследственной патологии являются изменения состава нуклеотидов структурных генов и регуляторных участков. Большинство патологий характеризуются многообразием фенотипических проявлений – так называемым клиническим полиморфизмом, что обусловлено многочисленными факторами, влияющими на пенетрантность и экспрессивность генов, вызывающих патологию.

В диагностике генных болезней человека широко применяются биохимические методы, поскольку их патогенез обычно связан с нарушением определенных звеньев метаболизма. В настоящее время в медицинскую генетику активно внедряются методы генной инженерии.

Классификация генных болезней отражает тип наследования признака и локализацию соответствующего ему гена (Щипков В. П., Кривошеина Г. Н., 2003; Бочков Н. П., 2004).

Генные болезни с аутосомно-доминантным типом наследования. В этом случае мутантный аллель локализован на аутосоме и подавляет исходный (нормальный) аллель. Данный тип наследования встречается крайне редко. Кроме того, экспрессивность такого доминантного аллеля обычно подвержена значительным колебаниям. Это отражается в широком диапазоне клинических проявлений болезни. Если экспрессивность гена столь мала, что не проявляется у его носителя, то можно говорить о нулевой пенетрантности. Рассмотрим несколько примеров аутосомно-доминантных патологий.

Ретинобластома (злокачественная опухоль глаз). Обусловлена мутантным геном хромосомы 13. Пенетрантность этого гена около 80 %.

Хорея Гентингтона. Характеризуется дегенеративными изменениями мозга и прогрессирующим слабоумием. Признаки заболевания проявляются обычно после 40 лет и у гомозигот выражены значительно сильнее, что указывает на вариант неполного доминирования. Однако пенетрантность патологии высокая.

Синдром Марфана. Типичны длинные тонкие конечности, высокий рост, сколиоз. Представляет собой мутацию гена, кодирующего белок фибриллин, участвующий в формировании коллагена. Характеризуется различными нарушениями скелета и связочного аппарата. Широкий диапазон экспрессивности при высокой пенетрантности.

Генные болезни с аутосомно-рецессивным типом наследования. Большинство генных болезней человека относятся к этому типу. Поскольку в патогенезе генных болезней человека ключевую роль играют нарушения определенных этапов метаболизма, возможна их классификация в зависимости от характера нарушения обмена веществ (Щипков В. П., Кривошеина Г. Н., 2003).

Нарушения аминокислотного обмена. Наиболее известны болезни, причиной которых являются дефекты ферментов метаболического пути фенилаланина, основные этапы которого следующие: белки ? фенилаланин ? тирозин ? гомогентизиновая кислота ? СО₂+ Н₂О.

Блокировка определенного этапа приводит к накоплению промежуточных продуктов обмена, что нарушает общее развитие организма, особенно нервной системы. Летальный исход наступает в зависимости от токсичности промежуточного продукта. К этой группе относятся фенилкетонурия, тирозинемия, алкаптонурия. Более безобидным заболеванием является альбинизм, при котором нарушен этап превращения тирозина в меланин, хотя недостаток меланина может явиться причиной рака кожи.

Другими болезнями этой группы являются кетоацидурия (нарушение метаболизма лейцина, валина и изолейцина), гомоцистинурия (нарушение метаболизма метионина), гистидинемия (нарушение метаболизма гистидина). Эти заболевания также характеризуются тяжелыми клиническими проявлениями.

Нарушения углеводного обмена. Наиболее известное заболевание этой группы – галактоземия. Обусловлена дефектом фермента галактозо-1-фосфат-уридил-трансферазы, что блокирует метаболизм галактозы, образующейся из дисахарида лактозы материнского молока. Симптомы заболевания (понос, рвота, желтуха) проявляются сразу после начала кормления ребенка. Смерть может наступить на первом году жизни. Частота – 1: 35 000.

Аналогичные явления наблюдаются при фруктоземии, связанной с нарушением метаболизма фруктозы. Симптомы начинают проявляться после подкармливания ребенка фруктовыми соками.

Обширную группу заболеваний составляют гликогенозы. Все они связаны с дефектами различных ферментов, участвующих в обмене гликогена. Прогноз многих из этих заболеваний неблагоприятный.

Еще более обширную группу заболеваний образуют мукополисахаридозы – нарушения обмена гликозаминогликанов (кислых мукополисахаридов). В организме человека гликозаминогликаны, взаимодействуя с белками, образуют комплексы, являющиеся компонентами многих видов соединительной ткани. Мукополисахаридозы характеризуются значительным клиническим полиморфизмом и проявляются нарушениями функций опорно-двигательной системы, внутренних органов, умственного развития. Многие болезни имеют неблагоприятный прогноз.

Нарушения липидного обмена. Многочисленные заболевания, классифицируемые в определенные группы. Ганглиозидозы – накопление ганглиозида, поражающее в первую очередь клетки головного мозга. Наиболее известна из этой группы болезнь Тея – Сакса.

Сфингомиелолипидозы – накопление сфингомиелина с поражением преимущественно клеток внутренних органов (болезнь Гоше, болезнь Ниманна – Пика и др.).

Лейкодистрофии – нарушения метаболизма липидов, входящих в состав миелина, вследствие дефекта определенных ферментов. Известны различные клинические формы, приводящие к гибели нервных клеток и поражению головного мозга.

Другие нарушения метаболизма. Описаны многочисленные генные заболевания, связанные с нарушением обмена металлов, желчных пигментов, транспортных белков, кортикостероидов и других веществ. Рассмотрим некоторые из них.

Адреногенитальный синдром. Описано несколько типов синдрома в зависимости от характера биохимических нарушений различных ферментов стероидогенеза. Характерно резкое повышение уровня АКТГ в крови, что приводит к гиперплазии надпочечников и интенсивной секреции андрогенов. Адреногенитальный синдром является основной причиной женского гермафродитизма (при кариотипе XX). У мальчиков он стимулирует преждевременное половое созревание.

Гемоглобинопатии. Они вызваны определенными мутациями в глобиновых цепочках гемоглобина. Наглядным примером является серповидно-клеточная анемия, вызванная изменением структуры ?-глобиновой цепочки и образованием дефектного гемоглобина HbS. Гомозиготы по этой мутации погибают в раннем детстве, но гетерозиготы имеют большую устойчивость к малярии, что являлось фактором отбора в районах с повышенным риском малярии.

Талассемии. Мутации, приводящие к инактивации определенного числа копий генов ?-глобина (?-талассемия) или ?-глобина (?-талассемия). Хромосома 16 человека содержит 2 гена ?-глобина, а хромосома 11–1 ген ?-глобина. Поэтому у человека присутствуют 4 аллеля ?-глобина и 2 аллеля ?-глобина, определяя значительный клинический полиморфизм заболевания. Талассемии приводят к развитию анемии разной степени тяжести, вплоть до летального исхода сразу после рождения. Как и в предыдущем случае, гетерозиготное носительство снижает риск заболевания малярией.

Муковисцидоз. Мутация гена, локализованного на хромосоме 7 и кодирующего белок, регулирующий мембранный транспорт эпителиальных клеток. Болезнь проявляется хроническими инфекциями пищеварительной и дыхательной систем. Прогноз обычно неблагоприятный.

Генные болезни, обусловленные сцепленным с полом наследованием. Поскольку Y-хромосома несет незначительное число генов, в клинической генетике рассматриваются в основном мутации генов, локализованных на Х-хромосоме. Наиболее известным заболеванием этой группы является гемофилия, проявляющаяся в нарушении процесса свертывания крови. Выделяют несколько видов гемофилии (А, В) в зависимости от дефицита определенного фактора свертывания крови. Тип наследования – рецессивный, частота у мальчиков – 1: 5000.

Другим сцепленным с Х-хромосомой заболеванием человека является миодистрофия Дюшенна – мутация гена белка дистрофина, участвующего в формировании мышечного волокна. Проявляется прогрессирующей слабостью скелетных мышц, нарушением работы сердца.

На Х-хромосоме локализован ген фермента глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Мутация этого гена проявляется различными формами гемолитической анемии. Клиническая картина этих заболеваний включает многочисленные симптомы.

Редкие Х-сцепленные заболевания передаются по доминантному типу (например, определенные формы рахита).

Некоторые заболевания человека демонстрируют наследование, ограниченное полом. Такое заболевание как подагра связано с нарушением обмена мочевой кислоты и определяется аутосомно-доминантным типом наследования. Пенетрантность мутантного гена у мужчин составляет 80 %, у женщин – 12 %.

Митохондриальные генные болезни. Нуклеотидная последовательность митохондриального генома человека была определена в 1981 г. (Anderson S. [et al.], 1981). В этом геноме 37 генов: 13 генов кодируют белки, 22 гена – т-РНК, 2 гена – р-РНК митохондрий.

Клинически мутации мт-ДНК наиболее остро сказываются на энергозависимых тканях. Поскольку нервная и мышечная ткань отличаются наиболее высоким уровнем потребления АТФ, митохондриальные мутации часто проявляются в форме различных нейропатий и миопатий. Некоторые заболевания приводят к тяжелой патологии (синдром Пирсона, нейропатия Лебера, melas-синдром и др.), сопровождающимися энцефалопатией, слепотой, умственной отсталостью, ранней смертностью. Передача этих заболеваний происходит исключительно по материнской линии, поскольку только яйцеклетки передают в зиготу свои митохондрии. Возможно, одной из причин старения организма является накопление мутаций мт-ДНК в соматических клетках, ведущее к прогрессирующему разбалансированию реакций окислительного фосфорилирования.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Приведите примеры наследственных болезней генные и хромосомные.

к генеративным органам относят:а) корнеплод морковиб) кочан капустыв) луковицы тюльпанаг) цветок шиповникаСРОЧНО ДАЮ ВСЕ БАЛЛЫ КОТОРЫЕ У МЕНЯ ЕСТЬ !!!
…

​

в словаре иностранных слов найдите объяснения понятия фактор ПОЖАЛУЙСТА

первичная и вторичная сукцессия сходство?​

1. Какая клетка может определять тень? 2.какая клетка можно определять сладкий солёный?3.какая клетка может определять приближение дождя? 4.какая клет
…

ка может определять направление север-юг? 5. какая клетка может определять день-ночь? 6.какая клетка можно определять глубину погружения 7.какая клетка может определять магнитное поле земли? 8.какая клетка может определять шорох? 9.какая клетка может определять кислоту?​

назвати 6 складових неспецифічної регуляції,

Срочно! Дам 20 баллов

Розглянь світлини. Напиши які специфічні функції виконують покриви зображених тварин​

Основные вопросы в теме
«Общее знакомство с организмом человека»
1. Биосоциальная природа человека.
2. Программы индивидуального развития человека.
3
…

. Человек и окружающая среда.
4. Науки о человеке: цитология, гистология, анатомия, физиология, гигиена, экология.
5. Элементарный и молекулярный состав клетки, функции веществ.
6. Строение клетки, функции ее частей.
7. Жизненные свойства клетки, их характеристика.
8. Внутренняя среда организма: состав, значение, взаимосвязь ее компонентов.
9. Биологические ткани, их строение, расположение, функции.
10. Органы, системы органов, функциональная система.
11. Регуляция, саморегуляция функций целостного организма.
12. Сущность нервной и гуморальной регуляции.
13. Гормоны, их химическая природа, свойства и функции.
14. Железы внешней, внутренней и смешанной секреции.
?1-4 для тех, кто не справился с предыдущей работой.

Как размно жается и защищается амёба?​

Выясните историю вакцинаций. Найдите значение слова «вариоляция» информацию о первых попытках защиты людей от инфекционных заболеваний. !Срочно!​

причины, примеры, классификация. Механизм возникновения генных болезней :: SYL.ru

Генные болезни (фото некоторых из них будут показаны далее в статье) представляют собой особую группу патологий, характеризующихся разнообразными клиническими проявлениями. За основу их объединения взята этиологическая оценка и, соответственно, закономерности по их переходу в популяциях и в семьях. Далее рассмотрим подробнее, что собой представляют генные и хромосомные болезни.

Общие сведения

Поскольку мутации индивидуальных генов – это этиологический фактор развития болезней, то закономерности, по которым они наследуются, соответствуют менделеевским принципам расщепления в потомстве. «Поведение» некоторых мутаций иногда не соответствует менделеевско-моргановским правилам. Это может обуславливаться фенотипическими факторами (например, стерильностью, летальностью). Рассмотрим далее механизмы возникновения генных болезней.

Мутация

В соответствии с многочисленными исследованиями генома людей в целом и наследственных болезней, ученые говорят о многообразии изменений. Описаны многие виды мутаций, обуславливающие патологии. К ним, в частности, относят нонсенс, миссенс, увеличение количества тринуклеотидных повторов, нарушения сплайсинга, делеции и прочее. Все эти мутации могут выступать как причины генных болезней. Одна и та же патология нередко обуславливается разными типами мутаций. Об этом говорят некоторые примеры генных болезней. Так, для муковисцидоза описано порядка двухсот мутаций, которые его провоцируют. А всего их около тысячи. Для фенилкетонурии выявлено более тридцати мутаций.

Менделеевские принципы

Моногенные болезни переходят к последующим поколениям в соответствии с рядом законов. Учитывая это, для них можно определить один из трех существующих типов появления патологии. Моногенные болезни формируют наиболее обширную группу. Тип перехода патологий может быть аутосомно-доминантным, аутосомно-рецессивным и сцепленным с полом. Также установлено, что мутации в различных участках гена провоцируют разные заболевания. Так возникают семейная болезнь Гиршпрунга, две формы полиэндокринного аденоматоза, семейная тиреоидная медуллярная карцинома. Все эти примеры генных болезней человека связаны с мутацией онкоэлемента на разных участках.

Синтез белка

Его регуляция осуществляется на нескольких уровнях. В частности, это трансляционный, транскрипционный и претранскрипционный. Мутации, которые провоцируют генные болезни человека, могут затрагивать эмбриональные, транспортные и структурные белки, а также ферменты. Предположительно на всех уровнях, которые обусловлены теми или иными ферментативными реакциями, есть риск развития врожденных аномалий.

Если учесть, что человек имеет порядка 30-40 тысяч генов, каждый из которых в состоянии мутировать, контролировать белковый синтез, а для многих из них характерен и альтернативный сплайсинг, то можно было бы сделать вывод, что болезней должно быть не меньшее количество. В действительности же для более чем половины элементов изменения первичной структуры провоцируют гибель клетки. Из-за этого мутации не могут трансформироваться в генные болезни. Такого рода белки обеспечивают основные клеточные функции, сохраняя, таким образом, стабильность видовой организации.

Формы развития патологий

Согласно статистике, сегодня генные болезни человека обнаруживаются в большом количестве. Их насчитывается несколько тысяч. Это количество соответствует фенотипической (клинической) точке зрения. В генетическом же смысле их гораздо больше. Рассматривая патологии в качестве менделирующих особенностей организма, речь идет о полных формах. Они обуславливаются гаметическими мутациями – изменениями в зародышевых клетках, могут быть новыми или перешедшими от предыдущих поколений. В этих случаях, следовательно, присутствие патологических генов отмечается во всех клетках в организме.

Тем не менее, теоретически можно представить развитие мозаичных форм. Их появление аналогично хромосомным патологиям. Любые мутации могут возникнуть на ранних этапах дробления зиготы одной из клеток. В таком случае недуг станет мозаичным. Для одних клеток у пациента будет активен нормальный аллель, а для других – патологический либо мутантный. Если изменение доминантное, оно проявится в определенных клетках и, вероятно, обусловит генные болезни менее тяжелого течения. При рецессивном типе проявление будет отмечаться только у зиготы. Следует также сказать, что возможность возникновения двух рецессивных изменений в одном локусе из гомологичных хромосом для одной соматической клетки очень мала.

Классификация генных болезней

Она, как и для прочих групп патологий, весьма многокомпонентна и условна. В качестве основы разделения можно использовать патогенетический, клинический либо генетический принцип. При их применении учитываются различные факторы, что позволяет распределить патологии по группам. Это, в свою очередь, способствует определению вида помощи в каждом конкретном случае.

Генетический принцип

В соответствии с ним патологии подразделяют на несколько групп. В каждой из них свой тип наследования. Так, выделяют аутосомно-рецессивные, аутосомно-доминантные, Х-сцепленные рецессивные и доминантные, у-сцепленные и митохондриальные виды. Генные наследственные болезни того или иного типа предполагают соответствующие терапевтические мероприятия.

Клиническая оценка

В соответствии с этим признаком генные болезни разделяются с учетом органа либо системы, наиболее вовлеченной в патологический процесс. Так, выделяют недуги нервного, нервно-мышечного, сердечно-сосудистого характера. Имеют место генные болезни глаз, эндокринной системы, опорно-двигательного аппарата, органов мочеполового и желудочно-кишечного трактов. Существуют также патологии психического и кожного характера, легочные поражения.

Для ряда патологических групп установлены даже особые термины: офтальмо-, нейро-, дерматогенетика и прочие. Клинический принцип весьма условен. Ряд патологий у одних пациентов больше проявляется в одной системе, у вторых – в другой. В данном случае можно привести следующие примеры генных болезней человека: муковисцидоз поражает преимущественно легкие либо ЖКТ, нейрофиброматоз первого типа проявляется или опухолями в нервных мозговых стволах, или изменениями кожи (нейрофибромами, пигментными пятнами).

Третий тип разделения патологий

На основании патогенетического принципа болезни подразделяются на три группы. Патологии распределяются в соответствии с тем, в чем проявляется главное звено. Выделяют генные болезни обмена веществ, пороки в развитии врожденного характера. Существуют также комбинированные патологические состояния. Первая группа, в свою очередь, включает в себя несколько категорий. Так, выделяют болезни аминокислотного обмена, углеводного, липидного, витаминного и прочих.

Общие закономерности

Для начала патогенеза каждой генной болезни и его ключевой точке характерен первичный эффект мутантного аллеля. В связи с этим принципиальные звенья можно представить по определенному образу: мутантный аллель – первичный патологический продукт (количественно либо качественно) – цепь дальнейших биохимических реакций – клетки – органы и системы – организм.

Такая закономерность считается главной и общей для всех генетических болезней. Мутации могут спровоцировать патологии посредством разнообразных рычагов. Так, они касаются пострансляционного процессинга, формирования компартментов клетки, функции белковых соединений и взаимодействия первичных продуктов. Патогенез на молекулярном уровне на сегодня изучен недостаточно. Исследователям еще предстоит проследить за последствиями мутаций. Нужно будет оценить эффекты изменений от молекулярного уровня до клиники и физики патологии.

Функции белков

Деятельность большинства генов определена трехразмерной структурой белковых соединений. Многие мутации локализуются в некодирующих участках. Тем не менее, большинство описанных изменений поражает функцию и структуру белков. В данном случае речь идет о патологиях, которые ассоциированы с высокой пенетрантностью и одним геном. Большие делеции, инверсии либо вставки в протиенкодирующих участках практически неизбежно вызывают нарушение функции белка. Наследуемые патологии обуславливаются мутациями, не приводящими к смерти до репродуктивного возраста гетерозиготного носителя.

Клиническая картина

Среди особенностей следует отметить многообразие проявлений патологий, различный возраст начала их развития, хроническое течение, прогредиентность. Одним из основных факторов, влияющих на инвалидизацию с раннего детства и снижение продолжительности жизни, считается тяжесть симптомов. Клиническая картина для каждой генной болезни отличается многообразием. Как показывают наблюдения, патологический процесс затрагивает не один орган либо систему, а несколько элементов организма уже на самых ранних этапах образования. Это, в частности, касается заболеваний, которые проявляются в нарушении хода эмбрионального развития (врожденные пороки), наследственных обменных расстройств и состояний комбинированного типа. В качестве биологической основы многообразия проявлений выступает контроль над первичными механизмами процессов.

Особенности локализации

Для ряда заболеваний вовлечение многих тканей и органов в патологический процесс обуславливается тем, что локализация первичного дефекта отмечается в межклеточных и клеточных структурах. Так, при поражении соединительной ткани нарушается синтез белка в той либо иной структуре. Подобные волокна присутствуют во всех органах. В связи с этим многообразие клинической симптоматики представляет собой следствие аномалий в соединительной ткани. На фоне синдрома Марфана патологический процесс распространяется на мышечную и скелетную, глазную, сердечно-сосудистую, нервную системы. В него также вовлечены легкие и кожные покровы. При синдроме Элерса-Данло патологический процесс касается суставов, кожи, глаз, сосудов, сердца, зубов, мозга, грудной клетки.

Неизвестные факторы

Существуют патологии, отличающиеся необычайно широкими клиническими проявлениямии и непонятыми механизмами. В частности, речь идет о нейрофиброматозе первого типа. Это заболевание проявляется костными изменениями, плексиформными, подкожными и кожными нейрофибромами, пигментными пятнами, опухолевым процессом в головном мозге и нервных стволах, ухудшением способности к обучению. Специалисты не исключают, что в этом и прочих случаях может иметь место первичная плейотропия – множественность эффектов гена в различных органах.

Разный возраст появления патологий

Стоит отметить, что в целом для генных болезней момент начала почти не ограничен. Патологии могут возникать и на ранних этапах эмбрионального развития, и в пожилом возрасте. Четверть всех заболеваний формируются во внутриутробном периоде и являются врожденными. В течение первых трех лет жизни выявляется еще около половины патологий. Вместе с теми, которые появились во время эмбрионального развития, они составляют около 70%. На момент завершения пубертатного периода, по статистике, приходится около 99%.

При многих генных болезнях возраст начала проявления проблемы варьируется. Так, хорея Гентингтона может начать развиваться в любом возрасте. Описаны, к примеру, случаи появления болезни в шестилетнем и в шестидесятилетнем возрасте. Средний показатель составляет тридцать восемь лет.

Аутосомно-доминантное заболевание – миотоническая дистрофия – может возникнуть внутриутробно, в подростковом периоде или в старшем возрасте. Вероятна также мягкая форма с запоздалым началом. При рецессивных патологиях возраст начала патологии также различен. Так, муковисцидоз может появиться внутриутробно, в грудном возрасте либо после трех-семи лет.

Причина разного возраста начала патологий

Причинами могут выступать индивидуальные характеристики генома пациента. Время развития недуга нередко меняется вследствие взаимодействия разных элементов. В частности, другие гены могут влиять на эффект мутантного. Какие-либо комбинации способствуют более раннему началу проявления, другие – замедляют его наступление.

Немаловажное значение в данном вопросе имеют и условия среды, особенно при внутриутробном развитии. Биологическая основа в целом заключается в четких временных закономерностях регуляции генной экспрессии онтогенетического характера. Активность каждого элемента начинается и завершается в строго определенное время и в конкретных клетках. Данное правило распространяется и на мутантный ген. При проведении молекулярно-биологических исследований становится возможной конкретизация основ клинической картины ряда форм патологий в раннем возрасте. Например, выявлено, что сроки возникновения хореи Гентингтона могут обуславливаться влиянием соответствующего отцовского гена. Время развития миотонической дистрофии зачастую связано с количеством тринуклиотидных повторов, которые определяются в мейозе у женщин.

Прогредиентность и затяжное рецидивное течение

На фоне многих генных болезней тяжесть и клинические проявления усиливаются по ходу формирования патологического процесса. Так, начало нейрофиброматоза первого типа связано с появления безобидных пигментных (цвета кофе со сливками) пятен, веснушек в паховых или подмышечных зонах. С течением времени начинают появляться костные изменения, опухоли, единичные нейрофибромы. На фоне фенилкетонурии прогрессирует гипомеланоз волос и кожи, а также умственная отсталость. При гемофилии с течением времени отмечается усиление нарушений свертываемости крови.

Хроническое или затяжное течение свойственно многим генным патологиям. В частности, можно отметить такие, как гепатолентикулярная дегенерация, муковисцидоз и прочие.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что затяжное течение и прогредиентность проявлений свойственны патологиям с разным типом наследования. В качестве первичной биологической основы данной характеристики выступает непрерывность деятельности патологической структуры (или отсутствие ее продукта). К данному фактору присоединяются процессы вторичного типа. К ним, в частности, относят гиперплазию, обменные процессы, дистрофию, воспаления и прочие. Они усиливают запущенный первично патологический процесс.

Разумеется, прогредиентность свойственна не всем генетическим болезням. При развитии ряда патологических состояний по достижении определенного возраста формируется конечный фенотип. К примеру, это касается такой болезни, как ахондроплазия. Ее полное формирование отмечается по ходу роста костей пропорционально возрасту. При этой патологии нарушен хондрогенез. Развитие недуга в некотором роде запрограммировано без прогредиентности.

В заключение

Следует отметить, что большинство генных болезней протекают очень тяжело. Зачастую патологические процессы приводят к инвалидизации уже в раннем возрасте. Вместе с этим существенно сокращается и продолжительность жизни пациентов. Тяжесть течения во всех случаях тесно связана с врожденным характером патологического процесса. Многие тяжелые формы развиваются у взрослых. К ним, например, относят миотоническую дистрофию, гепатолентикулярную дегенерацию, хорею Гентингтона, кардиомиопатию первичного характера.

Как генная инженерия может изменить будущее

• Фергюс Уолш
• Корреспондент Би-би-си в области медицины

6 июня 2016

Подпись к фото,

Так выглядит молекула ДНК. Ученые считают, что в ближайшее время они смогут вносить в нее изменения с помощью технологии CRISPR

Запомните аббревиатуру CRISPR уже сегодня, потому что завтра она, вероятнее всего, изменит ваше будущее.

Технология CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) произносится как «криспер» и представляет собой биологическую систему для изменения ДНК. Технология эта, известная также как генная инженерия, может изменить будущее всей планеты.

Звучит как довольно смелое заявление, но именно такого мнения придерживаются многие ведущие мировые генетики и биохимики.

CRISPR была открыта в 2012 году молекулярным биологом, профессором Дженнифер Дудной. Ее команда ученых в Университете Беркли в Калифорнии изучала, как бактерии защищаются от вирусной инфекции.

Сейчас профессор Дудна и ее коллега Эммануэль Шарпентье входят в число самых влиятельных ученых мира. Природный механизм, который они обнаружили в ходе своих исследований, может быть использован биологами для того, чтобы вносить точечные изменения в любую ДНК.

«С тех пор как мы опубликовали свое исследование четыре года назад, многие мировые лаборатории стали применять эту технологию на животных, растениях, людях, грибках, других бактериях — другими словами, практическими на каждом изучаемом организме», — рассказала профессор в интервью Би-би-си.

Когда бактерию атакует вирус, она производит генетический материал, соответствующий генетической последовательности нападающего.

Этот материал в сочетании с ключевым белком Cas9 может прикрепиться к ДНК вируса, взломать генетический код и нейтрализовать вирус.

Теперь ученые могут применять эту же схему, чтобы вставлять в ДНК новые элементы, удалять или исправлять ее участки.

Этот процесс настолько точный, что ученые могут перебрать миллиарды химических комбинаций, составляющих ДНК клетки, чтобы внести в генетический код какое-то конкретное ключевое изменение.

Важно и то, что это простой и недорогой метод. Поэтому он ускорит все виды исследований — от создания генетически модифицированных моделей человеческих болезней у животных до поиска мутаций ДНК, которые провоцируют возникновение заболеваний или, наоборот, предохраняют от них.

Когда и как мы сможем начать ощущать на себе последствия лечения с применением CRISPR? Учитывая, что этой технологии всего лишь несколько лет, неудивительно, что испытания ее на пациентах еще не начались, однако некоторые эксперименты уже находятся на стадии планирования.

Бостонская биотехническая фирма Editas Medicine планирует запустить клинические испытания первого генномодифицирующего лекарства к 2017 году. Предполагается, что при его помощи можно будет лечить амавроз Лебера (LCA10) — редкое заболевание сетчатки глаза, которое приводит к слепоте, так как в результате мутации генов происходит постепенная утрата расположенных в глазу фоторецепторов.

Цель — лечение рака

В области биотехнологий существует сразу несколько недавно созданных фирм, которые надеются внедрить применение технологии CRISPR в больницах.

Они предполагают, что «крисперы» могут быть использованы для усиления функций Т-клеток организма, что может улучшить способность иммунной системы распознавать раковые клетки и бороться с ними. Еще одна потенциальная область применения технологии — лечение заболеваний крови и иммунной системы.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

С помощью CRISPR ученые смогут вмешиваться в ДНК

Лишь одно омрачает будущее CRISPR – борьба за патент на технологию. С одной стороны, на него претендует команда профессора Дудны, с другой – группа ученых из Бостона, штат Массачусетс.

Это вряд ли остановит исследователей в применении «крисперов», но может серьезно повлиять на то, кто получит финансовую выгоду от новой технологии.

Две более ранние технологии генной инженерии уже применяются на практике.

Одна из них – TALENs – в прошлом году была использована в лондонской больнице Грейт-Ормонд-стрит для успешного лечения рака. У пациентки Лайлы Ричардс была агрессивная форма лейкемии, и ей не помогало никакое лечение. На сегодняшний день Ричардс остается первым и единственным человеком, чья жизнь была спасена при помощи редактирования генома.

Первые в мире испытания генной инженерии происходили в Калифорнии с использованием другой технологии — ZFNs.

Тогда иммунные клетки были изъяты из крови около 80 пациентов с ВИЧ. Затем ученые удалили ген под названием CCR5, который ВИЧ-инфекция использует для доступа к клеткам.

Лечение было основано на редкой генной мутации, которая дает людям естественный иммунитет к заболеванию.

Одним из волонтеров в том исследовании был Мэтт Чаппелл, который прожил с вирусом большую часть взрослой жизни и имел возможность своими глазами наблюдать тот ужасающий эффект, который ВИЧ и СПИД оказали на гей-сообщество Сан-Франциско.

С тех пор как ген его иммунных клеток был отредактирован, Чаппелл уже два года не пользуется антиретровирусными препаратами.

Несмотря на то что исследования эти были лишь небольшими и экспериментальными, а следовательно, к их результатам нужно относиться с определенной долей осторожности, тем не менее их результаты выглядят многообещающе.

Генетическое лекарство от ВИЧ было опробовано фирмой Sangamo Biosciences (Ричмонд, штат Калифорния), которая обладает эксклюзивной лицензией на технологию ZFN.

Автор фото, RIA Novosti

Подпись к фото,

Науке известны случаи излечения от ВИЧ с помощью генной инженерии

Компания собирается начать испытания на пациентах с гемофилией – серьезным заболеванием, связанным с нарушением свертываемости крови, – а также уже работает над лечением бета-талассемии.

Самый спорный вопрос в редактировании генома – это внесение изменений в зародышевую линию клеток человека, то есть тех генов, которые будут передаваться из поколения в поколение.

Теоретически можно было бы изменять ДНК эмбрионов, которые несут в себе ген болезни Хантингтона или муковисцидоза. Однако в таком случае можно говорить и о проведении других генетических «улучшений», что фактически может привести к «генетическому проектированию» младенцев.

Генная инженерия и эмбрионы

Никто из ученых не предлагает (во всяком случае, пока) «производство» генетически модифицированных младенцев. Однако несколько групп китайских ученых уже провели некоторые базовые исследования в этой области, а Великобритания стала первой страной, которая формально разрешила генную модификацию человеческих эмбрионов – исключительно в научных целях.

Исследования будут проходить в лондонском институте Френсиса Крика, который откроется через несколько месяцев. Там будет находиться крупнейшая биомедицинская лаборатория в Европе и центр генной инженерии.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Генетическая модификация эмбрионов человека может помочь значительно улучшить процедуру искусственного оплодотворения

Команда под руководством Кэти Ниакан, недавно вошедшей в список из 100 самых влиятельных людей мира по версии журнала Time, будет использовать CRISPR для редактирования основных генов эмбриона, чтобы выявить генетические ошибки, приводящие к повторяющимся выкидышам. В рамках исследования эмбрионам дадут развиваться лишь несколько дней.

«Я надеюсь на то, что это позволит нам более точно разобраться в механизмах раннего развития человека. Я думаю, что это также поможет выяснить, как мы можем улучшить технологию экстракорпорального оплодотворения, и понять, какие эмбрионы с большей вероятностью продолжать развиваться и приведут к рождению здоровых детей», – сказала в разговоре с Би-би-си Кэти Ниакан.

Этическая сторона

Однако эти исследования вызывают этические вопросы у Марси Дарновски из Центра генетики и общества в Сан-Франциско.

По ее мнению, генетическая модификация человеческих эмбрионов при недостаточно контроле приведет к тому, что рано или поздно в одной из лабораторий будет создан первый генетически модифицированный младенец.

«Найдутся богатые родители, которые захотят приобрести для своего потомства последний «апгрейд». Вполне возможно, что люди разделятся на тех, кто может позволить себе «улучшить» свое потомство, и тех, кому это не по карману или кто не захочет этого делать. А это приведет к еще большему неравенству, чем то, с которым мы уже имеем дело», — считает Дарновски.

Многие ведущие ученые в этой области обеспокоены тем, что потенциально технология может быть использована в интересах евгеники, для создания генетической дискриминации.

В разговоре с Би-би-си профессору Дудна призналась, что ее мучал кошмарный сон. В нем она заходила в темную комнату, в которой спиной к ней сидел человек.

«Когда он повернулся ко мне лицом, я с ужасом поняла, что это Гитлер и что он вызвал меня, чтобы обсудить новую технологию, в использовании которой он очень заинтересован», — рассказала профессор.

По словам Дудны, несмотря на то что очень важно регулировать использование «крисперов», вместе с тем необходимо и прийти к согласию относительно дальнейших действий.

«Я не хочу давать невыполнимых обещаний, но мне кажется, что это поможет положить конец болезням – и мы должны дать шанс ученым и докторам претворить это в жизнь», — говорит профессор.

генные болезни (лекция 3) – тема научной статьи по клинической медицине читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Лекции

© СЕМИНСКИЙ И.Ж. -УДК 575.1

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА: ГЕННЫЕ БОЛЕЗНИ (Лекция 3)

И.Ж. Семинский.

(Иркутский государственный медицинский университет, ректор — акад. МТА и АН ВШ А.А. Майбо-рода, курс медицинской генетики, зав. — проф. И.Ж. Семинский)

Резюме. В лекции излагается материал по проблеме генных (молекулярных) наследственных болезней человека. Представлена современная информация о механизмах патогенеза, симптоматике, прогнозе для больных сданной патологией.

Генные или молекулярные болезни — это группа наследственных заболеваний человека, причиной которых являются точковые мутации в молекуле ДНК, приводящие к нарушению синтеза белков.

Известно уже более 3 ООО генных болезней, хотя частота их невелика. Мутации, вызывающие наследственные болезни, могут затрагивать структурные или ферментные белки и проявляться в виде четырех вариантов: отсутствие синтеза белка, синтез аномального белка, недостаточный синтез белка, избыточный синтез белка.

По генетической классификации различают аутосомно-доминантные, аутосомно-рецесивные и сцепленные с Х-хромосомой генные болезни. Клиницисты выделяют нервные, нервно-мышеч-ные, кожные, глазные, эндокринные, психические и другие формы генных болезней.

Основным звеном патогенеза генных болезней, связанных с нарушением синтеза структурных белков, является прогрессирующая атрофия соответствующей ткани. Механизм развития генных болезней, при которых нарушается синтез белков-ферментов, связан с накоплением в организме начальных продуктов метаболизма из-за невозможности их расщепления и недостатком конечных продуктов реакции.

Фенилкетонурия — аутосомно-рецессивная болезнь аминокислотного обмена. Встречается со средней частотой 1: 10000 новорожденных. Мутантный ген расположен в длинном плече 12 хромосомы. Нарушается синтез фермента фенилала-нингидроксилазы, катализирующей превращение фенилаланина в тирозин. Следствием этого является накопление в организме и моче фенилаланина и фенилпировиноградной кислоты.

Дети с фенилкетонурией рождаются здоровыми, но в первые же недели после рождения в связи с токсичным действием фенилпировиноградной кислоты развиваются клинические признаки: повышенная возбудимость, гиперрефлексия, повышенный тонус мышц, тремор, эпилептиформ-ные припадки, характерный “мышиный “ запах, диспепсия. Позже развиваются умственная отсталость, микроцефалия. Из-за снижения синтеза ме-

ланина у больных отмечается сниженная пигментация кожных покровов, волос, радужной оболочки глаз.

Ранняя диагностика фенилкетонурии проводится при помощи скрининг-теста в первые недели жизни ребенка. Существует 4 варианта теста: определение фенилпировиноградной кислоты в моче при реации с хлоридом железа, микробиологический тест Гатри, хроматография и флюори-метрия. В случае положительного результата проводят многоэтапную уточняющую биохимическую диагностику.

После установления диагноза ребенок сразу же переводится на бесфенилаланиновую диету, основанную на замене фенилаланина на тирозин (гидролизат молочного казеина, растительная пища и т.д.). Адекватная диетотерапия с регулярным биохимическим контролем уровня фенилаланина приводит к полной коррекции состояния ребенка и с 10-13 лет дети уже не нуждаются в диетическом лечении, а переводятся на обычный рацион питания.

Галактоземия — аутосомно-рецессивное заболевание углеводного обмена. Встречается со средней частотой 1:30 000 новорожденных. Мутирует ген фермента галактозо-1-фосфат уридил-трансферазы, который располагается в коротком плече 9 хромосомы. В результате этого дефекта в тканях организма накапливается галактоза и галактозо-1 -фосфат и, кроме того, возникает дефицит глюкозы.

Симптомы заболевания проявляются у новорожденных после приема молока. Основные клинические проявления: желтуха, понос, рвота, приводящие к обезвоживанию организма, уменьшение массы тела, асцит, гепатомегалия, катаракта, отставание в умственном развитии. При тяжелой форме возможен летальный исход.

Диагноз заболевания ставится на основании определения стойкого снижения концентрации глюкозы в крови (нагрузочная проба), галактозу-рии, галактоземии, снижения активности галактозо-1-фосфат уридилтрансферазы в эритроцитах.

При соответствующей диетокоррекции, в которой предусмотрено исключение молочного сахара и дополнительное введение глюкозы, ребенок поправляется, так как в дальнейшем активизируется альтернативный путь превращения галактозы в глюкозу с участием гексозо-1-фосфат уридилтрансферазы.

Адреногенитальный синдром — аутосомно-ре-цессивное заболевание обмена стероидных гормонов, встречающееся с частотой 1: 5 ООО новорожденных. Различают по меньшей мере 5 разновидностей наследственных дефицитов ферментов, обеспечивающих синтез стероидов (21-гидрокси-лаза, холестеролдесмолаза, З-Р-гидроксистероид-дегидрогеназа, 11-(3-гидроксилаза, 17-а-гидрокси-лаза). Чаще всего (90% всех случаев) адреногенитальный синдром связан с мутацией гена 21-гид-роксилазы, который локализован в коротком плече 6 хромосомы.

Общий для большинства форм патологический механизм включает задержку продукции кортизола в надпочечниках, что стимулирует выработку гипофизом адренокортикотропного гормона. АКТГ стимулирует синтез 17-гидроксипрогесте-рона, что ведет к гиперпродукции андрогенов, сопровождающейся гиперплазией надпочечников.

Фенотипические проявления адреногениталь-ного синдрома связаны с нарушением половой дифференцировки (мужской или женский псевдогермафродитизм), расстройством минерального обмена и развитием артериальной гипертензии.

Различают две основные клинические формы адреногенитального синдрома, связанного с дефицитом 21-гидроксилазы. Сольтеряющая форма связана с тотальным дефицитом фермента, недостатком минералокортикоидов и резким нарушением солевого обмена. В патологический процесс вовлекается ренин-альдостероновая система. Симптоматика проявляется у новорожденных: срыгивание, рвота, тахикардия, сонливость, потеря массы тела, дегидратация. Дианостически значимы гиперкалиемия, гипонатриемия, ацидоз, повышение в моче уровня 17-кетостероидов и пре-гнантриола. Простая вирильная форма характеризуется неполным дефицитом 21-гидроксилазы, что приводит к избыточной продукции андрогенов у девочек и проявляется в виде различной степени маскулинизации. У новорожденных девочек отмечается гипертрофия клитора, гиперпигментация околососковой и генитальных областей, может формироваться мошонка и пенис. В дальнейшем развивается клиника псевдогермафродитизма. Общепринятых эффективных способов лечения адреногенитального синдрома на сегодняшний день не существует.

Муковисцидоз — аутосомно-рецессивное заболевание, причиной развития которого является мутация в гене СИТЫ, локализованного в длинном плече 7 хромосомы. Популяционная частота му-ковисцидоза составляет 1:2 500 новорожденных. Ген муковисцидоза детерминирует синтез белка -трансмембранного регулятора проводимости для хлора и натрия. В результате отсутствия данного

генопродукта нарушается транспорт хлоридов в эпителиальных клетках. Происходит избыточное выведение хлоридов и образование густой вязкой слизи в протоках экзокринных желез, бронхах, кишечнике, в канальцах семенников.

Выделяют 4 основные клинические формы заболевания.

1. Мекониальный илеус новорожденных — к моменту рождения кишечник ребенка заполнен густым меконием. Возникает полная кишечная непроходимость, требующая оперативного лечения. Возможен мекониальный перитонит.

2. Кишечная форма — выявляется в раннем детском возрасте. Кишечные проявления связаны с нарушением активности ферментов поджелудочной железы вследствие закупорки ее протоков слизью и образования фиброзных кист. Гнилостные процессы в кишечнике приводят к вздутию живота, появлению обильного жирного стула с резким запахом, у некоторых больных отмечается выпадение прямой кишки, билиарный цирроз печени. Характерна выраженная гипотрофия, несмотря на хороший аппетит.

3. Бронхо-легочная форма — выявляется в раннем детском возрасте после перенесенной острой респираторной инфекции и обусловлена гиперпродукцией вязкого секрета в бронхах. 06-структивный синдром осложняется присоединением вторичной инфекции. Заболевание протекает в форме гнойно-обструктивных бронхитов, тяжелых пневмоний, наблюдаются бронхо-эктазы, эмфизема, абсцессы, формируется легочное сердце. Дети погибают от дыхательной и сердечной недостаточности.

4. Смешанная (легочно-кишечная) форма — встречается чаще других, сочетает в себе симптомы со стороны легких и кишечника, дает полиморфную клиническую картину — от стертых до тяжелых форм.

Диагностика муковисцидоза основана на клинических симптомах, результатах биохимических показателей (ионы натрия и хлора в поте, активность трипсиногена в крови, протеолитическая активность кала), ДНК-диагностике. Своевременная диагностика муковисцидоза существенно улучшает прогноз, так как дает возможность раннего проведения диетотерапии, лечения муколи-тиками, антибактериальными препаратами и др.

Синдром Марфана — аутосомно-доминантное заболевание, обусловленное мутацией в гене белка соединительной ткани фибриллина, локализованного в длинном плече 15 хромосомы. Популяционная частота — 1:10-15 тысяч новорожденных. Дефицит фибриллина приводит к гиперрастяжимости плотной соединительной ткани. Поэтому при синдроме Марфана наблюдается клинический полиморфизм и по тяжести поражения, и по степени вовлеченности в процесс систем организма. Минимальными диагностическими признаками считаются: высокий рост, арахнодактилия (“паучьи пальцы”), гиперподвижность суставов, подвывих хрусталика, аневризма аорты. Часто встречаются удлиненные конечности, деформация

грудной клетки. Нередко имеются бедренные, паховые и диафрагмальные грыжи, гипоплазия мышц и подкожной клетчатки, мышечная гипотония, нефроптоз, эмфизема легких.

Диагностика синдрома Марфана при стертых формах затруднена. Имеет значение семейный анамнез и поражение по меньшей мере двух систем. Окончательный диагноз устанавливается при ДНК-диагностике.

Миодистрофия Дюшенна-Беккера — Х-сце-пленное рецессивное заболевание, встречающееся с частотой 1:3500 мальчиков (Дюшенна) и 1:30000 мальчиков (Беккера). Мутирует ген белка сарколеммы дистрофина, который локализован в коротком плече Х-хромосомы. Выделяют два типа псевдогипертрофической мышечной дистрофии: тип Дюшенна с тяжелым течением (синтез дистрофина полностью блокирован) и доброкачественный тип Беккера (дистрофии синтезируется в небольших количествах).

Миодистрофия Дюшенна клинически манифестирует с 2-4-х летнего возраста. Дети поздно начинают ходить, формируется неуверенная “утиная” походка, характерна псевдогипертрофия икроножных мышц. Заболевание неуклонно прогрессирует и атрофические изменения мышц пре-обретают восходящее направление: голень — бедро — таз — спина — плечо — руки — кардиомиопа-тия — диафрагма — глотка — лицо. Интеллект у больных детей снижен. К 10-11 годам дети уже прикованы к постели. Смерть наступает на 2-3 десятилетии жизни. Непосредственной причиной смерти становится паралич диафрагмы, дыхательных межреберных мышц, либо осложнения кар-диомиопатии. Зачастую на терминальную симптоматику наслаиваются вторичные инфекционные заболевания легких.

При миодистрофии Беккера заболевание начинает проявляться в возрасте 20-30 лет. Слабость развивается преимущественно в проксимальных мышцах, захватывая тазовый пояс, мускулатуру бедер и в меньшей степени — мускулатуру верхних конечностей. Наблюдается прогрессирующий поясничный лордоз, появляется “утиная” походка, затруднения при подъеме с пола, беге, в поздних стадиях — при ходьбе. Витальный прогноз для больных миодистрофией Беккера благоприятный.

Диагностическую ценность при миодистрофии Дюшенна-Беккера имеет биопсия мышц, повышенный уровень креатинфосфокиназы в сыворотке крови и ДНК-диагностика.

Несмотря на значительный клинический полиморфизм для большинства генных болезней можно выделить определенные особенности семиотики.

1. Вовлеченность в патологический процесс нескольких систем и органов (полисистемность поражения).

2. Накопление (сегрегация) симптомов в семье.

3. Диагностическое значение микроаномалий и нормальных вариантов фенотипа.

4. Недоразвитие или чрезмерное развитие отдельных частей тела.

5. Определенный возраст манифестации заболевания.

6. Прогрессирующий характер болезни и отсутствие эффекта при обычной терапии.

На современном этапе развития медицинской генетики для профилактики генных болезней человека широко применяют методы медикогенетического консультирования, массовый скрининг, пренатальную ДНК-диагностику. Проводится клиническая апробация способов генотерапии.

THE MEDICAL GENETICS: GENIC DISEASES (Lecture 2)

I.J. Seminsky (Irkutsk State Medical University)

In this lecture the students are inform about etiology, pathogenesis, clinics, diagnostics and treatment of the genic diseases. There are molecular mutation in the genes of structure and ferment proteins. Pathogenes of the genic diseases are based on deficit specific proteins. The clinics of the genic diseases are characterized to heterogeneity and polymorphism.

Литература

1. Бочков Н.П., Захаров А.Ф., Иванов В.И. Медицинская генетика. М.: Медицина, 1984. — 366с.

2. Бочков Н.П., Захаров А.Ф., Иванов В.И. Медицинская генетика. М.: Медицина, 1984. — 366с.

3. Бочков П.П. Клиническая генетика: Учебник. — М.: Медицина, 1997. — 288 с.

4. Козлова С.И., Демикова Н.С., Семанова Е., Блинникова О.Е. Наследственные синдромы и медикогенетическое консультирование. — М.: Практика,

1996.-415с.

5. Кулешов Н.П. Современные методы в клинической цитогенетике: Учебно-методическое пособие. — М., 1991.-95с.

6. Репин B.C., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. М., БЭБиМ. — 1998. — 200с.

7. Приходченко Н.Н., Шкурат Т.П. Основы генетики человека: Уч. пособие, Ростов-на-Дону. — Феникс,

1997.-368с.

8. Тератология человека. Изд. 2-е / Под ред. Г.И. Jla-зюка. — М: Медицина, 1991.

9. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека, Т. 1: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 312с.

Мутации у человека : Основы генетики : Все про гены!

     Термин «мутация» ввел Г. де Фриз (1901) для характеристики случайных генетических изменений. Различают спонтанные и индуцированные мутационные процессы.

       Индуцированный мутационный процесс — это возникновение наследственных изменений под влиянием направленного действия факторов внешней и внутренней среды. Возникновения мутаций без установленных причин принято называть спонтанным мутационным процессом.
Мутационная изменчивость обусловлена как влиянием на организм факторов внешней среды, так и его физиологическим состоянием.
Частота возникновения мутаций зависит от:
      • генотипа организма;
      • фазы онтогенеза;
      • стадии онтогенеза;
      • стадии гаметогенеза;
      • митотического и мейотического циклов хромосом;
      • химического строения отдельных участков хромосом и др.

Свойства мутаций:

      • мутации возникают внезапно, скачкообразно;

      • мутации наследуются, т.е. передаются от поколения к поколению;

      • мутации не направленные — подвергаться мутациям может любой локус (участок хромосомы), вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков;

      • одни и те же мутации могут возникать повторно;

      • за проявлением мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными.

   Классификация мутаций:

      Мутации можно объединить в группы — классифицировать по характеру проявления, по месту или уровню их возникновения.

      Мутации по характеру проявления — бывают доминантными и рецессивными. Большинство из них рецессивные и не проявляются в гетерозиготных организмах. Как правило, мутации вредны, ибо нарушают четко сбалансированную систему биохимических превращений.

     Доминантные мутации проявляются сразу в гомо-и гетерозиготных организмах, преимущественно такие особи нежизнеспособны и гибнут на ранних стадиях онтогенеза. Мутации часто снижают жизнестойкость или плодовитость.

Мутации, которые резко влияют на жизнеспособность и частично или полностью останавливают развитие, называются полулетальными, а несовместимые с жизнью — летальными. У человека к таким мутациям относится рецессивный ген гемофилии.

Мутации по месту возникновения.

     Мутации, возникающие в соматических тканях, получили название соматических мутаций. Соматические клетки составляют популяцию, образованную при бесполом размножении (делении) клеток. Соматические мутации обуславливают генотипическое разнообразие тканей, часто не передаются по наследству и ограниченные тем индивидуумом, в которого они возникли. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только при доминантных генах или при рецессивных, но в гомозиготном состоянии. Чем раньше в эмбриогенезе человека возникла мутация, тем больший участок соматических клеток отклоняется от нормы. И наоборот, чем позже в процессе развития организм испытывает мутационное воздействие, тем меньший участок ткани, которая образуется из мутационной клетки. Например, окраска радужной оболочки глаза — белый или карий сегменты на голубой радужке — обусловлены соматической мутацией. Считают, что следствием соматических мутаций является раковое перерождение. Злокачественный рост вызывается канцерогенами, среди которых наиболее негативные — проникающая радиация и активные химические соединения (вещества), и хотя соматические мутации не наследуются, они снижают репродуктивные возможности организма, в котором возникли.

     Мутации, возникающие в гаметах или в клетках, с которых они образуются, получили название генеративных или терминальных мутаций. Чем раньше в половых клетках возникает мутация, тем больше будет доля половых клеток, которые будут нести новую мутацию. Верхний предел доли клеток, которые будут содержать индуцированную или спонтанную мутацию, составляет 50 процентов. Существует мнение, что наибольшее количество мутаций в половых клетках возникает в овоцитах. Поскольку сперматогонии подвергаются постоянному делению, то среди них может происходить отбор против мутаций, обуславливающих вредный эффект, и частота мутаций снижается до периода половой зрелости. Женщина, наоборот, рождается почти со всеми мутантными изменениями, в линии половых клеток нет параллельного митотического отбора. Овоциты не только не испытывают митоза, они остаются малоактивными на протяжении десятилетий, пока не станут яйцеклетками. За этот период овоциты стареют, становятся непропорционально чувствительными  к спонтанной мутации. На половые клетки наибольшее влияние осуществляют цезий-137, стронций-90 и углерод-14.

     Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколениям. Доминантные мутации появляются уже в первом поколении, а рецессивные — только во втором и последующих поколениях, с переходом в гомозиготное состояние.

Мутации по характеру изменения наследственного материала:

     1. Изменения, обусловленные заменой одного или нескольких нуклеотидов в пределах одного гена, называют генными или точечными мутациями. Они обусловливают изменения как в строении белков, так и функциональной активности молекулы.

      2. Изменения структуры хромосом называют хромосомными мутациями или аберрациями. Такие мутации могут возникнуть в результате потери части хромосомы (делеция), удвоение части хромосомы (дупликации), отрыва и поворота части хромосомы на 180 ° (инверсия). Если изменение затрагивает жизненно важные участки гена, то такая мутация приведет к смерти. Так, потеря небольшого участка 21-й хромосомы у человека вызывает тяжелое заболевание крови — острый лейкоз. В отдельных случаях оторванный участок хромосомы может присоединиться к негомологичной хромосоме (транслокация), что приведет к новой комбинации генов и изменения их взаимодействия.

      3. Изменения кариотипа, кратные или некратные гаплоидному числу хромосом называют геномными мутациями. Вследствии нарушения расхождения пары гомологичных хромосом во время мейоза в одной из образованных гамет содержится на одну хромосому меньше, а в другой на одну хромосому больше, чем при нормальном гаплоидном наборе. Слияние такой аномальной гаметы с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим количеством хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для этого вида.

    Соматические мутации

• генные
• геномные
• хромосомные аберрации

      Соматические мутации — это изменения наследственного характера в соматических клетках, возникающих на разных этапах развития особи. Они часто не передаются по наследству, а остаются, пока живет организм потерпевший мутационное воздействие.

     Геномные, хромосомные и генные аберрации в соматических клетках являются следствием действия мутагенных факторов. У человека это этиологические факторы наследственных болезней. Заболевания, обусловленные геномными (изменение числа хромосом) и хромосомными (изменение структуры хромосом) мутациями, называются хромосомными болезнями. Изменение числа хромосом определяется удвоением или уменьшением всего набора хромосом. Это приводит к полиплоидии или гаплоидии (соответственно). Наличие лишних хромосом или  удаление одной или нескольких хромосом приводит к гетероплоидии или анеуплоидии.

Изменение структуры хромосом — это перестройки или аберрации. При этом нарушается сбалансированность набора генов и нормальное развитие организма. Как следствие хромосомного дисбаланса происходит внутриутробная гибель эмбриона или плода, возникают врожденные пороки развития. Чем большее количество хромосомного материала подверглось мутационному эффекту, тем раньше заболевания появится в онтогенезе и тем весомее будут нарушения физического и психического развития особи. Характерная черта хромосомного дисбаланса — множественность пороков развития различных органов и систем. Хромосомные болезни составляют около 0,5-1% всех наследственных болезней человека.

      Генные или точечные мутации — это результат молекулярных изменений на уровне ДНК. У человека они вызывают генные болезни. Для человека описаны следующие виды генных мутаций, приводящих к развитию наследственных болезней: нисенс, нонсенс, смещение рамки считывания, делеции, вставки (инсерции), нарушение сплайсинга, увеличение числа (экспансии) тринуклеотидних повторов. Мутации участков, что транскрибируются (которые определяют аминокислотную последовательность в молекуле белка, что синтезируется), приводят к синтезу аномального продукта и могут привести к уменьшению скорости синтеза белка.

     Фенотипно генные мутации проявляются на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Число генных болезней составляет около 3500-4500. Генные мутации разделяют на односайтовые и багатосайтовые. Односайтовые — это такие, которые касаются изменений одного сайта (участка), багатосайтовые — охватывают несколько сайтов генного локуса.

     Различают генные мутации прямые и обратные. Прямые мутации — это мутации, которые инактивируют гены дикого типа и предопределяют появление мутантного типа. Обратные мутации — изменения к исходной форме от мутантной.

      Большинство генов устойчивы к мутациям, но отдельные гены подвергаются мутациям довольно часто.

 Соматические мутации обусловливают генотипическое разнообразие тканей одной особи и обычно не передаются по наследству при половом размножении. При бесполом размножении, если организм развивается из одной клетки или группы клеток, в которых возникла мутация, такие изменения могут передаваться потомкам. Соматические мутации возникают у организмов, которые размножаются вегетативно и, поэтому составляют основу селекции культурных растений, в частности цитрусовых.

🚀 Доклад на тему «Генетические заболевания»

Синдром Энгельмана

Недостаточное умственное и физическое развитие. Снижение мышечного тонуса и отсутствие сухожильных рефлексов. Эпилепсия. Лечение симптоматическое.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Расщепление позвоночника

Встречаемость этого наследственного заболевания колеблется от 1:500 до 1:2000. Хирургическое вмешательство в младенческом возрасте может спасти, но как правило рекоммендуется прерывание беременности на ранней стадии. Для диагностики у беременной берут кровь на анализ и проводят тщательное ультразвуковое обследованние.

Лейкодистрофия Пелицеуса-Мерцбахера

Редкое наследственное заболевание. Больные лейкодистрофией имеют задержку моторных и интеллектуальных функций. Основные симптомы — беспорядоченое ритмичное движение глаз и низкий тонус мышц.

Муковисцидоз

Генное заболевание результатом которого является нарушение работы пищеварительной и дыхательной систем, поражение желез внешней секреции. Проявляется муковисцидоз почти всегда в течении первого года жизни ребенка. Первым признаком может стать проблема с отходом первородного кала. Вялость, бледность кожи. Одышка и тахикардия. Очень важную форму приобретает медицинское обследование на ранних стадиях беременности в семьях, в которых были больные муковисцидозом.

Нейрофиброматоз

Генетическое заболевание, при котором у больного образуются болезненные нейрофибромы, которые могут блокировать соседние нервные клетки. Встречается один раз на 3000 детей.

Дальтонизм

Особенность зрения, которая проявляется у людей не способных различать один или несколько цветов. Мужчины страдают дальтонизмом в двадцать раз чаще чем женщины. Дальтонизм бывает приобретенный — последствия нарушения сетчатки глаза.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Болезнь Шарко-Мари

Генетическое заболевание периферических нервов. Развивается до полового созревания, характеризуется постоянно усиливающейся слабостью и атрофией мелких мышц ног. Со временем атрофируются мышцы верхних конечностей. Поражены этим наследственным заболеванием 37 из 100000 человек.

Синдром Дауна

Хромосомная патология. Отставание психического и физического развития. Своеобразный внешний вид. Недостаточная работа эндокринных желез. Вероятность возникновения этого генетического заболевания — 1 к 1100 родам.

Синдром Жубера

Генетическое заболевание которое поражает область мозга отвечающую за координацию и вестибулярный аппарат. Симптомы больных этим наследственным заболеванием различны — у одних может происходить нормально физическое развитие с нарушением психического. Другие могут иметь противоположные проблемы.

Синдром Клайнфельтера

Это генетическое заболевание встречается один раз на 500 новорожденых мальчиков. Для больных — высокий рост, бесплодие, ожирение и выделение большого количества женских гормонов, женские вторичные половые признаки. Лечение заключается во вводе больным дополнительного количества мужских гормонов.

Болезнь Тэя-Сакса

Наследственная болезнь, чаще всего фатальная. Проявляется в резко увеличенном количестве производной жирных кислот — ганглиосиде в нервных клетках мозга. Уоррен Тэй и Бернард Сакс — первые кто описали эту болезнь. Для диагностики болезни Тэя-Сакса впервые была применена массовая генная диагностика — недорогой способ, который лег в основу диагностики других наследственных заболеваний.

Синдром Прадера-Вилли

Встречается раз на 12-15 тысяч новорожденых. Ожирение, низкий рост, недостаточное умственное развитие. Лечение этого генетического заболевания — медикаментозное.

Синдром Тёрнера

Женское генетическое заболевание — встречается 1 раз на 2500 новорожденых. Симптомы — низкий рост, повышенная масса тела, короткие пальцы, недоразвитость молочных желез. Лечение этого генетического заболевания чаще всего заключается во вводе больной гормона роста, но возможны индивидуальные подходы.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Гемофилия

Генное заболевание связанное с нарушением свертывания крови. Заболевание неизлечимо. При тяжелых формах больные инвалидизируются, так как происходит частые внутренние кровоизлияния в мышечные ткани и суставы. Гомофилией болеют мужчины, женщины же являются лишь переносчиками заболевания. При правильном уходе больные гемофилией живут столько же, сколько и здоровые люди.

Фенилкетонурия

Наследственная болезнь связаная с нарушением обмена аминокислот, за которым следует поражение центральной нервной системы. Проблем с этим заболеванием можно избежать если ограничить в пище прием фенилаланина — мясные, рыбные и некоторые другие продукты.

Хотя лишь немногие болезни полностью обусловлены мутацией одного гена, концепция моногенных болезней по-прежнему важна. Для таких болезней обычно характерен один из трех типов наследования: аутосомно-доминантный , аутосомно-рецессивный или Х-сцепленный .

Общая распространенность моногенных болезней составляет 10 на 1000 новорожденных, причем соотношение аутосомно-доминантного, аугосомно- рецессивного и Х-сцепленного (исключая дальтонизм ) типов наследования составляет 7:2,5:0,4.

Генные болезни — это разнородная по клиническим проявлениям группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне. Основой для объединения их в одну группу служат этиологическая генетическая характеристика и, соответственно, закономерности наследования в семьях и популяциях. Коль скоро мутации в индивидуальных генах являются этиологическим фактором генных болезней, то закономерности их наследования соответствуют менделевским правилам расщепления в потомстве, т. е. формальная генетика генных наследственных болезней ничем не отличается от поведения в семьях любых менделирующих признаков. Необходимо, однако, сразу сделать пояснения в отношении содержания понятий генных мутаций и менделирующей наследственности у человека.

Во-первых, согласно многочисленным исследованиям разных наследственных болезней и генома человека в целом, можно говорить о многообразии видов мутаций одном и том же гене, которые являются причиной наследственных болезней. У человека описаны следующие виды генных мутаций обусловливающие наследственные болезни: миссенс, нонсенс, сдвиг рамки считывания, делеции, вставки (инсерции), нарушения сплайсинга, увеличение числа (экспансия) тринуклеотидных повторов. Любой из этих видов мутаций может вести к наследственным болезням. Даже одна и та же генная болезнь может быть обусловлена разными мутациями. Например, в гене муковисцидоза описано свыше 200 вызывающих болезнь мутаций следующих типов: делеции, миссенс, нонсенс, сдвиг рамки считывания, нарушения сплайсинга. Более 30 патологических мутаций известно для гена фенилкетонурии (миссенс, нонсенс, делеции, нарушения сплайсинга).

Во-вторых, современная генетика, принимая в полной мере менделизм, делает некоторые поправки в определенных случаях: условность понятий о доминантности и рецессивности, неоднородность проявления аллеля, унаследованного от отца или матери, — импринтинг, сложный характер взаимодействия генов, гонадный мозаицизм и т. д.

Более того, установлено, что мутации в разных частях одного гена ведут к различным болезням. Например, мутации в разных частях RET-онкогена ведут к 4 клинически разным наследственным болезням: двум формам множественной эндокринной неоплазии ( ZA ) и ( ZB ), семейной медуллярной тиреоидной карциноме , семейной болезни Гиршпрунга .

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Мутации, вызывающие наследственные болезни, могут затрагивать структурные, транспортные и эмбриональные белки, ферменты. Существует несколько уровней регуляции синтеза белков: претранскрипционный, транскрипционный, трансляционный. Можно предположить, что на всех этих уровнях, которые обусловлены соответствующими ферментативными реакциями, могут возникать наследственные аномалии. Если принять, что у человека примерно 100 000 генов и каждый ген может мутировать и контролировать синтез белка с другим строением, то, казалось бы, должно быть не меньшее число наследственных болезней. Более того, по современным данным, в каждом гене может возникать до нескольких сотен вариантов мутаций (разные типы в различных участках гена).

На самом деле более чем для 50% белков изменения генетической природы (первичная структура) приводят к гибели клетки и мутация не реализуется в наследственную болезнь. Такие белки называются мономорфными белками . Они обеспечивают основные функции клетки, консервативно сохраняя стабильность видовой организации этой клетки. Так или иначе, но число генных болезней действительно велико. Уже сейчас их тысячи (около 3500 на 1996 г.), если рассматривать болезни с клинической (фенотипической) точки зрения, а с генетической — их в несколько раз больше. При рассмотрении генных болезней как менделирующих признаков организма принимается, что речь идет о так называемых полных формах, т. е. формах, обусловленных гаметическими (в зародышевых клетках) мутациями. Это могут быть новые или унаследованные от предыдущих поколений мутации. Следовательно, в этих случаях патологические гены присутствуют во всех клетках организма. Мутации генов, которые не кодируют белки (например, генов тРНК в геноме митохондрий ), встречаются редко.

Однако теоретически можно представить возможность появления и мозаичных форм генных болезней , а не только полных, подобно тому, как это уже хорошо известно, для хромосомных болезней.

Генодиагностика применяется для выбора лечения и медико-генетического консультирования при многих моногенных болезнях. Клонированы гены, мутации в которых вызывают распространенные заболевания — нейрофиброматоз , синдром Марфана , семейную гиперхолестеринемию , несовершенный остеогенез , атрофическую миотонию , ахондроплазию ,аденоматозный полипоз толстой кишки , болезнь Гентингтона , поликистоз почек , муковисцидоз, гемоглобинопатии .

При этих заболеваниях генодиагностика позволяет поставить или подтвердить диагноз даже в отсутствие симптомов, выявить заболевание у родственников больного, иногда предсказать тяжесть заболевания. На основе результатов генодиагностики проводят медико-генетическое консультирование. Прекрасный пример преимуществ генодиагностики перед традиционными биохимическими методами дает диагностика МЭН типа II . Выявление мутации позволяет точно определить, кому из родственников больного необходимо провести обременительное и дорогое обследование эндокринной системы, позволяет улучшить профилактику и лечение больных.

Традиционное определение моногенных заболеваний содержит в целом корректные допущения — стабильность мутаций, наследование по одному аллелю аутосомных генов от каждого родителя, одинаковая экспрессия обоих аллелей аутосомного гена и случайная передача потомству одного из двух аллелей. На этих допущениях основаны медико-генетическое консультирование, анализ сцепления и интерпретация данных генетического исследования. Однако из этих правил менделевских принципов наследования есть много исключений.

К этим исключениям из правил следует отнести в первую очередь динамические мутации ,однородительскую дисомию , геномный импринтинг и мейотический дрейф .

Заболевание с одним геном — обзор

Заболевание с одним геном

Заболевания с одним геном вызываются одним аномальным геном и наследуются по традиционным менделевским паттернам: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный рецессивный и Х-связанный доминантный. Мутации в ответственном гене приводят к ненормальному количеству или нарушению функции белка. Может иметь место точечная мутация (замена одного нуклеотида на другой), вставка одного или нескольких нуклеотидов, делеция одного или нескольких нуклеотидов, расширение части гена или другие перестройки внутри гена.В зависимости от места мутации кодируемый белок может вообще не продуцироваться или его стабильность может быть изменена. Конфигурация белка может быть изменена, что приведет к изменению активности белка (более высокая или более низкая активность). Точечные мутации, не влияющие на функцию белков, не являются патогенными.

Аутосомно-доминантные расстройства являются результатом одной аномальной копии гена на любой из 22 пар неполовых хромосом. Все дети человека с аутосомно-доминантным заболеванием имеют 50% шанс унаследовать аномальный ген и проявить фенотип (рисунки 2-7 и 2-8).Во многих случаях семейный анамнез заболевания отсутствует, и оно может представлять собой новую мутацию у пораженного человека. Следовательно, отсутствие положительного семейного анамнеза не исключает аутосомно-доминантное заболевание. Обычно аутосомно-доминантные расстройства затрагивают структурные белки или рецепторы. Внутри семей может быть фенотипическая изменчивость с разной степенью выраженности (вариабельная экспрессия). Например, у родителя с очень легким заболеванием может быть ребенок с более тяжелым заболеванием.Синдром Тричера Коллинза — распространенное черепно-лицевое заболевание с различной выраженностью (рис. 2-9). Механизм этого явления до конца не изучен. Однако при некоторых заболеваниях (например, миотонической дистрофии) может наблюдаться расширение части гена, что влияет на функцию в последующих поколениях.

Аутосомно-рецессивное заболевание является результатом двух копий аномального гена, по одной унаследованной от каждого родителя. У каждого из родителей есть одна нормальная и одна аномальная копия, и поэтому они являются бессимптомными носителями.У пары-носителя 25% -ный риск зачать ребенка мужского или женского пола при каждой беременности (рис. 2-10).

Обычно аутосомно-рецессивные состояния включают синтез ферментативных белков. Эти дефициты ферментов приводят к врожденным нарушениям метаболизма, а также к синдромам мальформаций. Например, синдром Смита-Лемли-Опица, который состоит из микроцефалии, волчьей пасти, характерного внешнего вида лица, сердечных дефектов, неоднозначных гениталий у мужчин, постаксиальной полидактилии и синдактилии пальцев ног, а также роста и умственной отсталости, является следствием аномалии в обмене холестерина. ¹³

Х-сцепленные расстройства, как следует из названия, возникают из-за аномальных генов, расположенных на Х-хромосоме. В целом, мужчины с Х-сцепленными расстройствами более симптоматичны, чем женщины. Самка, у которой есть одна копия рецессивного гена, сцепленного с X, может иметь только легкие признаки или не иметь никаких признаков, в то время как самец выражает полное состояние. Это дифференциальное выражение связано с инактивацией X. Одна из Х-хромосом у самок деактивируется на ранних стадиях развития. Напротив, у женщин с Х-сцепленным доминантным заболеванием симптомы проявляются, хотя и в меньшей степени, чем у мужчин.Некоторые Х-сцепленные доминантные расстройства, такие как синдром Ретта и пигментное недержание мочи, приводят к летальному исходу у мужчин. При наследовании, сцепленном с Х-хромосомой, передача от мужчины к мужчине невозможна, поскольку мужчина получает Х-хромосому от матери. Каждый сын матери-носителя имеет 50% шанс унаследовать аномальный ген. Каждая дочь имеет 50% шанс унаследовать аномальный ген (носитель) и 50% шанс унаследовать нормальный ген (рис. 2-11). Y-хромосома передается только от отца к сыну. Следовательно, мужчина с Х-сцепленным заболеванием, который может воспроизводить потомство, передаст аномальную Х-хромосому каждой из своих дочерей, и они будут носителями.Ни один из его сыновей не унаследует аномальный ген. Пораженный мужчина мог заразить внуков (через дочь), но не сыновей. Гемофилия — классический пример Х-сцепленного наследования.

Примеры заболеваний с одним геном

Пораженный ген при серповидно-клеточной анемии — это HBB на хромосоме 11. Ген HBB кодирует белок, называемый бета-глобином. Люди с этим заболеванием по-прежнему производят бета-глобин, но форма белка немного изменяется.

Бета-глобин соединяется с другим белком, называемым альфа-глобином, с образованием более крупного белка, называемого гемоглобином.Красные кровяные тельца наполнены молекулами гемоглобина, которые помогают им переносить кислород во все ткани тела.

У людей с серповидно-клеточной анемией белки бета-глобина слипаются, образуя жесткие волокна. Красные кровяные тельца становятся жесткими и удлиненными (как полумесяц или серп, используемые для резки пшеницы). Клетки с большей вероятностью станут серповидными при низком уровне кислорода.

Серповидноклеточная болезнь развивается по аутосомно-рецессивному типу наследования. Пораженный ребенок должен унаследовать две нерабочие копии гена, по одной от каждого родителя.

Люди, у которых есть только один вариант гена, вызывающего заболевание, являются не только носителями, но и обладают некоторой устойчивостью к малярии! Малярия — серьезное заболевание, распространенное в жарком климате. Это вызвано паразитом, переносимым инфицированными комарами. Паразит не может жить внутри клеток с липким бета-глобином.

Симптомы и особенности серповидно-клеточной анемии

Симптомы различаются у разных людей, страдающих серповидно-клеточной анемией, а также у отдельных людей с течением времени.Симптомы серповидно-клеточной анемии напрямую связаны с серповидными эритроцитами. Чем больше у человека серповидных эритроцитов, тем хуже последствия.

Жесткие заостренные эритроциты могут попасть в мелкие кровеносные сосуды. Это может вызвать боль и повредить органы. Часто поражается селезенка, печень, почки, легкие и сердце. Когда селезенка повреждена, организм менее способен бороться с инфекциями.

Серповидные клетки также живут короче, чем обычно.Это может привести к анемии: недостаточному количеству эритроцитов и снижению способности переносить кислород в крови.

Поскольку раннее вмешательство может помочь облегчить симптомы, серповидно-клеточная анемия включена в большинство панелей генетического скрининга новорожденных.

Лечение и лечение серповидно-клеточной анемии

Для младенцев и маленьких детей антибиотики могут предотвратить или лечить инфекции. Добавка фолиевой кислоты может помочь организму вырабатывать больше красных кровяных телец, помогая предотвратить анемию.

Людям с серповидно-клеточной анемией следует много отдыхать, пить много воды и избегать чрезмерной физической активности.Физический стресс может повысить вероятность того, что клетки крови приобретут серповидную форму. Если симптомы становятся серьезными, переливание крови от здорового донора может обеспечить здоровые эритроциты.

В тяжелых случаях людей с серповидно-клеточной анемией можно лечить с помощью трансплантации костного мозга. Костный мозг содержит стволовые клетки, которые дают начало эритроцитам. Стволовые клетки костного мозга берут от здорового донора, который является генетическим совпадением. Затем стволовые клетки помещаются в пациента, откуда он может непрерывно снабжать его здоровыми эритроцитами.

Интересные факты о серповидно-клеточной анемии

Эритроциты обычно живут 120 дней. Серповидные клетки живут всего от 10 до 20 дней.

В Соединенных Штатах серповидно-клеточная анемия чаще всего поражает афроамериканцев. В этой группе примерно 1 из каждых 500 детей рождается с этим заболеванием.

Серповидно-клеточная анемия наиболее распространена среди людей из Африки, Индии, Карибского бассейна, Ближнего Востока и Средиземноморья. В этих районах также обитают комары-переносчики малярии.Наличие некоторой устойчивости к малярии дало бы носителям серповидных клеток в этих местах больше шансов выжить в детстве и иметь детей.

8.6: Генетические заболевания — Биология LibreTexts

Полли Кто?

У каждой руки на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) есть дополнительный мизинец. Это состояние называется полидактилия, что буквально означает «многозначность». У людей с полидактилией могут быть лишние пальцы рук и / или ног, и это заболевание может поражать только одну руку или ногу или обе руки и ноги.Полидактилия часто имеет генетическое происхождение и может быть частью генетического заболевания, связанного с другими состояниями.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): полидактилия

Что такое генетические заболевания?

Генетические нарушения — это заболевания, синдромы или другие состояния, которые вызваны мутациями в одном или нескольких генах или хромосомными изменениями. Генетические нарушения обычно присутствуют при рождении, но их не следует путать с врожденными нарушениями, которые представляют собой любые нарушения, независимо от причины, которые присутствуют при рождении.Некоторые врожденные нарушения не вызваны генетическими мутациями или хромосомными изменениями. Вместо этого они вызваны проблемами, которые возникают во время эмбрионального или внутриутробного развития или в процессе родов. Примером негенетического врожденного порока является алкогольный синдром плода. Это совокупность врожденных дефектов, включая лицевые аномалии и умственную отсталость, вызванных употреблением алкоголя матерью во время беременности.

Генетические заболевания, вызванные мутациями

В таблице \ (\ PageIndex {1} \) перечислены несколько генетических нарушений, вызванных мутациями только в одном гене.Некоторые расстройства вызваны мутациями в аутосомных генах, другие — мутациями в генах, сцепленных с Х-хромосомой. Какие расстройства, по вашему мнению, будут чаще встречаться у мужчин, чем у женщин?

Очень немногие генетические нарушения контролируются доминантными мутантными аллелями. Доминантный аллель выражен у каждого человека, который наследует хотя бы одну его копию. Если это вызывает серьезное заболевание, пораженные люди могут умереть молодыми и не иметь потомства. Следовательно, мутантный доминантный аллель, вероятно, исчезнет из популяции.

Рецессивный мутантный аллель, такой как аллель, вызывающий серповидно-клеточную анемию или кистозный фиброз, не экспрессируется у людей, которые наследуют только одну его копию. Этих людей называют носителями. Сами они не страдают этим заболеванием, но несут мутантный аллель, и их потомки могут унаследовать его. Таким образом, аллель, скорее всего, перейдет к следующему поколению, а не исчезнет.

Генетические заболевания, вызванные хромосомными изменениями

Как мы узнали в главе о воспроизводстве клеток, ошибки могут происходить во время мейоза, что приводит к нерасхождению .Это неспособность реплицированных хромосом должным образом разделиться во время мейоза. В некоторых из полученных гамет не будет всей хромосомы или ее части, в то время как у других будет дополнительная копия всей хромосомы или ее части. Если такие гаметы оплодотворяются и образуют зиготы, они обычно не выживают. Если они выживут, у этих людей, вероятно, будут серьезные генетические нарушения.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \) перечисляет несколько генетических нарушений, которые вызваны атипичным числом хромосом.Большинство хромосомных нарушений связано с Х-хромосомой. Х- и Y-хромосомы — единственная пара хромосом, в которой две хромосомы сильно различаются по размеру. Это объясняет, почему нерасхождение половых хромосом имеет тенденцию происходить чаще, чем нерасхождение аутосом.

Диагностика и лечение генетических заболеваний

Генетическое заболевание, вызванное мутацией, может передаваться по наследству.Следовательно, люди с генетическим заболеванием в семье могут быть обеспокоены тем, что у них есть дети с этим заболеванием. Консультант-генетик может помочь им понять, насколько опасны последствия для их детей. Если они решат завести детей, им могут посоветовать пройти дородовое обследование («до рождения»), чтобы узнать, есть ли у плода какие-либо генетические нарушения. Один из методов пренатального тестирования — амниоцентез. В этой процедуре из жидкости, окружающей плод внутриутробно, , , извлекается несколько клеток плода и исследуются хромосомы плода.Таким образом можно обнаружить синдром Дауна и другие хромосомные изменения.

Симптомы генетических нарушений иногда можно вылечить или предотвратить. Например, при генетическом заболевании под названием фенилкетонурия (PKU) аминокислота фенилаланин накапливается в организме до вредных уровней. ФКУ вызывается мутацией в гене, который обычно кодирует фермент, необходимый для расщепления фенилаланина. Накопление фенилкетонурии может привести к серьезным проблемам со здоровьем, таким как умственная отсталость и задержка развития, а также к другим серьезным проблемам.Младенцы в США и многих других странах проходят скрининг на ФКУ вскоре после рождения. Если диагностирована фенилкетонурия, младенца можно кормить диетой с низким содержанием фенилаланина. Это предотвращает накопление фенилаланина и связанные с ним проблемы со здоровьем. С помощью диеты с низким содержанием фенилаланина можно предотвратить большинство симптомов заболевания.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Трисомия 21 (синдром Дауна) Кариотип. Кариотип — это изображение хромосом клетки. Обратите внимание на дополнительную хромосому 21. Ребенок с синдромом Дауна с характерной внешностью.

Лечение генетических заболеваний

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Генная терапия — это экспериментальный метод лечения генетического заболевания путем изменения генетической структуры пациента. Обычно генная терапия включает введение нормальной копии мутантного гена в клетки пациента.

Лекарства от генетических заболеваний все еще находятся на ранней стадии разработки. Одно из возможных лекарств — генная терапия. Генная терапия — это экспериментальный метод, использующий гены для лечения или предотвращения заболеваний. В генной терапии нормальные гены вводятся в клетки, чтобы компенсировать мутировавшие гены.Если мутировавший ген приводит к тому, что необходимый белок становится нефункциональным или отсутствует, генная терапия может ввести нормальную копию гена для производства необходимого функционального белка.

Ген, который вставляется непосредственно в клетку, обычно не функционирует, поэтому носитель, называемый вектором , генетически сконструирован для доставки гена (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)). Определенные вирусы, такие как аденовирусы, часто используются в качестве переносчиков. Они могут доставить новый ген, заражая клетки.Вирусы модифицированы, поэтому при использовании у людей они не вызывают болезней. Если лечение будет успешным, новый ген, доставляемый вектором, позволит синтезировать функционирующий белок.

Характеристика: Биология человека в новостях

Синдром Дауна — наиболее частая генетическая причина умственной отсталости. Это происходит примерно у 1 из 700 живорождений, и в настоящее время им страдают почти полмиллиона американцев. До недавнего времени ученые считали, что изменения, ведущие к умственной отсталости у людей с синдромом Дауна, происходят еще до рождения.

Исследователи недавно обнаружили генетическое заболевание, которое влияет на развитие мозга у людей с синдромом Дауна в детстве и во взрослом возрасте. Недавно обнаруженное генетическое заболевание изменяет связь между нервными клетками в головном мозге, что приводит к более медленной передаче нервных импульсов. Это открытие может в конечном итоге позволить разработать стратегии, способствующие функционированию мозга у пациентов с синдромом Дауна, а также может быть применимо к другим нарушениям развития, таким как аутизм.

Обзор

1. Определите генетическое заболевание.
2. Определите три генетических нарушения, вызванных мутациями в одном гене.
3. Почему генетические нарушения с одним геном чаще контролируются рецессивными, чем доминантными мутантными аллелями?
4. Что такое нерасхождение? Почему это может вызвать генетические нарушения?
5. Объясните, почему генетические нарушения, вызванные рядом хромосом, чаще всего связаны с Х-хромосомой.
6. Как выявляется синдром Дауна внутриутробно ?
7. Используйте пример ФКУ, чтобы проиллюстрировать, как иногда можно предотвратить симптомы генетического заболевания.
8. Объясните, как работает генная терапия.
9. Сравните и сопоставьте генетические нарушения и врожденные нарушения.
10. Объясните, почему родители, у которых нет синдрома Дауна, могут иметь ребенка с синдромом Дауна.
11. Гемофилия А и синдром Тернера связаны с проблемами с Х-хромосомой. В чем основное различие между этими двумя типами заболеваний с точки зрения воздействия на Х-хромосому?
12. Можете ли вы быть носителем синдрома Марфана и не иметь этого расстройства? Поясните свой ответ.
13. Верно или неверно. Люди не могут иметь более трех копий одной хромосомы.
14. Верно или неверно. Ген серповидно-клеточной анемии находится на половой хромосоме.

Узнать больше

Ученые обещали, что генная терапия станет следующим большим шагом в медицине, но что это именно? Узнайте больше здесь:

Генетические условия — лучший канал здоровья

Гены — это инструкции для роста и развития нашего тела.Генетическое заболевание вызвано измененным геном или набором генов. Четыре широкие группы генетических состояний — это состояния одного гена, хромосомные аномалии, митохондриальные состояния и многофакторные состояния.

Условия одного гена

Гены являются парными — одна копия каждой пары генов наследуется от матери, а другая копия — от отца. Около 6000 известных генетических состояний вызваны наследованием измененного гена.

Обычно изменение означает, что информация, содержащаяся в конкретном гене, либо изменена, либо отсутствует.Четыре основных способа наследования измененного гена:

• аутосомно-доминантный — изменение присутствует в каждом поколении и может вызвать состояние у каждого человека, у которого есть изменение. Это потому, что измененная копия гена доминирует над здоровой копией. Примеры включают болезнь Хантингтона и семейную гиперхолестеринемию (генетически связанный высокий уровень холестерина)
• аутосомно-рецессивный — у пострадавшего есть две копии измененного гена (они унаследовали измененную копию гена от обоих родителей).У них развивается это заболевание, потому что у них нет функционирующей копии гена. Примеры аутосомно-рецессивных генетических состояний включают муковисцидоз, фенилкетонурию (ФКУ) и серповидно-клеточную анемию
• Х-сцепленный доминантный — этот тип состояния обычно встречается у женщин. «X» относится к одной из половых хромосом, которые определяют пол. В большинстве случаев мать предоставляет X, а отец предоставляет либо X (ребенок женского пола, XX), либо Y (ребенок мужского пола, XY). Женщины с Х-сцепленным доминантным заболеванием имеют одну измененную копию и одну нормальную копию гена, находящегося на Х-хромосоме.Примером Х-сцепленного доминантного генетического заболевания является редкая форма рахита, известная как гипофосфатемический или устойчивый к витамину D рахит
• Х-сцепленный рецессивный — этот тип состояния чаще встречается у мужчин. Это вызвано изменением гена на Х-хромосоме. Поскольку у мужчин обычно есть одна X и одна Y-хромосома (XY), у них нет второй «здоровой» копии гена. Примеры Х-сцепленных рецессивных генетических состояний включают мышечную дистрофию Дюшенна и гемофилию.

Хромосомные аномалии

Гены — это инструкции организма по производству различных молекул (например, белков или гормонов).Примерно 23000 генов, составляющих человека, расположены вдоль тесно связанных цепей химического вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой или ДНК. Нити ДНК плотно упакованы в структуры, называемые хромосомами. Эти хромосомы присутствуют в каждой клетке вашего тела. Более 1000 известных состояний вызваны хромосомными аномалиями.

Состояние хромосом означает изменение структуры или количества хромосом. Это может произойти тремя основными способами:

• Измененная хромосома передается от родителя к ребенку.
• Аномалия возникает, когда создается сперма или яйцеклетка (половые клетки).
• Аномалия возникает вскоре после зачатия.

Хромосомные аномалии могут возникать по-разному, включая изменения числа или структуры хромосом или их наследования.

Изменения количества хромосом

У большинства людей 23 пары хромосом, или всего 46 хромосом. Когда происходит создание яйцеклетки или сперматозоидов, пары разделяются, так что каждая яйцеклетка или зародышевая клетка содержит только 23 хромосомы.

Иногда при делении возникает ошибка. Например, яйцеклетка или сперматозоид могут не иметь хромосомы (22 хромосомы) или иметь лишнюю (24 хромосомы). Это означает, что при зачатии у ребенка либо слишком мало (45), либо слишком много (47) хромосом. Примером этого типа генетического заболевания является синдром Дауна, при котором у человека 47 хромосом, а не 46.

Младенцы редко рождаются с изменением числа хромосом, потому что большинство этих беременностей заканчивается выкидышем.

Изменения в структуре хромосомы

Иногда информация, содержащаяся в хромосоме, распадается, и части изменяются по другому шаблону. Например, фрагмент хромосомы может отломиться и быть потерян во время образования яйцеклетки или сперматозоида. Часть хромосомы также может отколоться и «прилипнуть» к другой хромосоме.

В других случаях фрагмент хромосомы может копировать себя или концы хромосомы могут соединяться, образуя кольцо. Некоторые изменения в структуре «сбалансированы» (хромосомный материал не теряется и не приобретается) и вряд ли приведут к генетическому заболеванию.

Однородительская дисомия

Однородительская дисомия означает, что ребенок унаследовал определенную пару генов (обе копии гена) только от одного родителя. Это может вызвать состояние, если необходимо, чтобы ребенок унаследовал один такой ген от каждого родителя.

Хромосомный мозаицизм

Обычно каждая клетка в организме содержит одну и ту же генетическую информацию — все 46 хромосом, обозначенных как 46XX (женская) или 46XY (мужская). У человека с хромосомным мозаицизмом разное количество хромосом в разных клетках; например, 46 в одних камерах и 47 в других.

Условия митохондрий

Митохондрии похожи на маленькие батарейки, которые производят энергию внутри каждой клетки. Источником энергии является химическое вещество под названием аденозинтрифосфат (АТФ). Такие органы, как мозг, сердце и печень, не могут выжить без АТФ.

Гены в митохондриях, а также в ядре клетки инструктируют клетку о том, как вырабатывать ферменты, которые имеют решающее значение для производства АТФ. Если какой-либо из этих генов изменен, это может повлиять на выработку ферментов и помешать выработке АТФ.Если один из генов в митохондриях изменен, то это состояние наследуется только от матери. Это потому, что каждый человек наследует митохондрии только от матери, а не от отца.

Симптомы митохондриального состояния, в зависимости от задействованных генов, могут влиять на:

• головной и спинной мозг — что может вызвать умственную отсталость, глухоту, проблемы со зрением и судороги
• сердце — что может вызвать кардиомиопатия (сердечная недостаточность) и нарушения сердечного ритма
• опорно-двигательная система — которые могут вызывать снижение мышечного тонуса и вялость.

Многофакторные условия

Многофакторные состояния (состояния, включающие несколько факторов), такие как многие общие родовые состояния или заболевания, такие как высокое кровяное давление, — это состояния, вызванные окружающей средой, взаимодействующей с действием нескольких генов. (Это также иногда называют полигенным наследованием).

Например, расщелина позвоночника при рождении вызывается действием нескольких генов, а также зависит от количества фолиевой кислоты в рационе матери во время беременности (окружающей среды).На высокое кровяное давление влияют многие гены, но также на него влияют диета человека и потребление соли.

Генетическое консультирование

Если вам, вашему ребенку или другому члену семьи был поставлен диагноз хромосомного или генетического заболевания, или если вы знаете, что такое заболевание присутствует в вашей семье, может быть полезно поговорить с консультантом по генетическим вопросам.

Консультанты-генетики — это специалисты в области здравоохранения, имеющие квалификацию как в области консультирования, так и в области генетики. Помимо оказания эмоциональной поддержки, они могут помочь вам понять состояние и его причины, как оно передается по наследству (если это так), и что диагноз означает для вашего здоровья и развития вашего ребенка, а также для вашей семьи.

Консультанты-генетики обучены предоставлять информацию и оказывать поддержку с учетом семейных обстоятельств, культуры и убеждений.

Если в вашей семье есть генетическое заболевание, генетический консультант может объяснить, какие варианты генетического тестирования доступны вам и другим членам семьи. Если вы планируете семью, вы можете посетить генетического консультанта, чтобы узнать о риске передачи заболевания вашему ребенку или организовать пренатальные тесты.

Служба клинической генетики штата Виктория (VCGS) предоставляет генетические консультации, консультирование, тестирование и диагностические услуги для детей, взрослых, семей и будущих родителей.

Сеть генетической поддержки штата Виктория (GSNV) связана с широким кругом групп поддержки по всей Виктории и Австралии и может связать вас с другими людьми и семьями, страдающими таким же заболеванием.

Куда обратиться за помощью

Genetic Diseases — Untamed Science

Представьте, что вы неправильно написали одно слово в инструкции по эксплуатации. Затем это руководство было разослано и использовано на заводе-изготовителе. Завод продолжал выпускать бракованную продукцию из-за ошибки в инструкции по эксплуатации.Эти бракованные продукты, в свою очередь, были разосланы по всему миру, где они нанесли ущерб — все из-за вашей единственной орфографической ошибки. По сути, это то, что происходит с генетическими заболеваниями.

Единственная ошибка в коде ДНК может привести к тому, что ваше тело будет вырабатывать неправильные типы белков. Эти белки попадают в ваше тело. В зависимости от типа белка, его функции и того, насколько широко он распространен в вашем организме, он может вообще не иметь никакого эффекта или вызвать повсеместный хаос.

Хотя можно принимать лекарства для лечения распространенных болезней, таких как грипп или бронхит, генетические заболевания, как правило, неизлечимы.Они буквально записаны в код вашего тела.

Но есть и хорошие новости: пока мы говорим, ученые упорно трудятся над разработкой совершенно новой технологии, которая однажды сможет навсегда вылечить генетические заболевания раз и навсегда.

Что вызывает генетические заболевания?

Все генетические заболевания вызваны одной или несколькими ошибками в частях ДНК, которые производят белки. Если у вас есть гены, вызывающие генетическое заболевание, это такая же часть вас, как цвет волос или количество ваших пальцев.

Есть много разных способов передачи генетических заболеваний из поколения в поколение. Вот некоторые из наиболее распространенных способов наследования генетических заболеваний:

Рецессивные генетические заболевания

Вы унаследовали два аллеля (копия гена) от своих родителей — один от мамы и один от отца.

Некоторые генетические заболевания передаются как аутосомных рецессивных аллелей . Аутосомно просто указывает на тот факт, что эти гены «живут» в аутосомах (неполовые хромосомы) и могут влиять на любого человека, независимо от пола. Рецессивные аллели будут игнорироваться вашим организмом, если другой аллель в норме; но если у вас есть и два рецессивных аллеля , у вас будет болезнь. У вашего тела не будет резервной нормальной аллели, с которой можно было бы читать код.

Людей, у которых есть одна нормальная копия аллеля и одна вызывающая болезнь аллель, называют носителями . Они узнают, что у них есть вызывающий заболевание аллель, только если они пройдут тестирование на него, но при этом они все еще «несут» болезнь среди населения.Если у них есть дети от другого носителя, их дети будут иметь 25% шанс заболеть этой болезнью.

С другой стороны, если вы унаследуете двух копий вызывающего заболевание аллеля, у вас будет болезнь. Это потому, что в организме нет нормального гена, на который можно было бы ссылаться. Единственное, что он «знает», — это как приготовить неправильный белок.

Взгляните на эту площадь Пеннета. Можете ли вы предсказать, какой процент детей пары будет нормальным, носителем или заболеванием, если 1) оба родителя болеют болезнью, 2) один из родителей болен, а другой нормален, или 3) один из родителей является носителем а другой родитель нормальный?

Большинство генетических заболеваний являются рецессивными заболеваниями.Некоторые из наиболее распространенных из них, о которых вы, возможно, слышали, включают муковисцидоз, болезнь Тея-Сакса и серповидно-клеточную анемию.

Доминантные генетические заболевания

Генетические расстройства иногда передаются как доминантные аллели. Эти заболевания немного страшнее, потому что для того, чтобы заболеть, вам понадобится всего лишь , одна копия вызывающего заболевание аллеля. Невозможно быть только носителем, потому что если у вас вообще есть вызывающий заболевание аллель , у вас есть болезнь .

К счастью, из-за отсутствия носителей эти заболевания встречаются гораздо реже, чем другие типы генетических заболеваний.Рецессивным генетическим заболеваниям легче «спрятаться» в популяции внутри носителей. С доминирующими генетическими заболеваниями они открыты для всеобщего обозрения, к лучшему или к худшему. Это, конечно, неинтересно для человека, у которого есть болезнь, но если болезнь делает человека менее способным к воспроизводству из-за нее, болезнь естественным образом будет изгнана из населения.

Синдром Марфана и болезнь Хантингтона — два примера доминантных генетических нарушений.

Генетические заболевания, связанные с полом

Знаете ли вы лысеющих мужчин? Если это так, возможно, они страдают облысением по мужскому типу — генетическим заболеванием, связанным с полом, которое, вероятно, является наиболее распространенным из всех генетических заболеваний

Генетические нарушения, связанные с полом, чаще встречаются у мужчин, чем у женщин.Чтобы увидеть, как это работает, нам нужно кратко рассмотреть, чем хромосомы различаются у мужчин и женщин.

Женщины обладают двумя половыми хромосомами, X и X, которые они получили от матери и отца. Если у женщины есть ребенок, она сможет передать только Х-хромосому своему потомству, поскольку это единственный тип хромосомы, который она должна передать.

У мужчин, с другой стороны, две разные половые хромосомы — X и Y. Мужчины получают свою X-хромосому от своих матерей (поскольку это единственный тип хромосомы, который они могут дать), а их Y-хромосомы — от своих отцов.

У женщин есть преимущество, потому что если один аллель на Х-хромосоме неисправен, у них есть резервная копия на другой Х-хромосоме. У мужчин такого преимущества нет — если у них есть дефектный аллель на Х-хромосоме, у них нет резервной копии. У них будет болезнь.

Этот квадрат Пеннета описывает, как это работает. Можете ли вы представить себе ситуацию, в которой женщина может иметь заболевание, связанное с полом?

Один из самых роковых случаев наследования по полу произошел в семье Романовых, последних династических правителей России.Царица Александра унаследовала одну копию гена дефицита свертывания крови, называемого гемофилией, на ее Х-хромосоме от своей бабушки, королевы Виктории. Она была носителем болезни, но сама не болела.

Царица Александра вышла замуж за царя Николая II и родила детей. Ее первыми четырьмя детьми были полностью здоровые дочери. Дети могли быть носителями болезни, если они получили один из вызывающих болезнь аллелей Александры, но они были в безопасности, потому что они также получили резервную копию нормального аллеля с X-хромосомы своего отца.

Затем Александра родила сына — наконец, — но ему не повезло получить копию аллеля Александры, вызывающего болезнь. У него не было второй Х-хромосомы, которая могла бы защитить его, поэтому он заболел. Небольшие синяки и порезы стали опасными для жизни ситуациями, потому что он мог истечь кровью.

В отчаянной попытке защитить его, Александра попала в плохую компанию Распутина, мистика, который обещал спасти ее сына, но вместо этого воспользовался властным положением. В конечном итоге это привело к гибели и убийству всей семьи русскими революционерами.

Хромосомные заболевания

Некоторые генетические заболевания вызваны вовсе не одним аллелем, а скорее аномалиями целых хромосом. Возможно, слишком много или недостаточно генетического материала.

Человек может иметь слишком много генетического материала в результате процесса, называемого нерасхождение . Когда родительские клетки образуют яйцеклетки или сперматозоиды, они сокращают вдвое количество своих хромосом с 46 (то, что находится в их собственных клетках тела) до 23 (то, что находится в их сперматозоидах или яйцеклетках).Таким образом, у детей человека будет нормальное количество хромосом, если их ДНК объединена с ДНК другого родителя.

Когда происходит нерасхождение, лишняя копия хромосомы случайно попадает в сперматозоид или яйцеклетку. У этого ребенка будет три копий хромосомы — на одну больше, чем следовало бы.

Синдром Дауна — самый известный пример этого расстройства. Обычно яйцеклетка матери случайно оказывается с двумя копиями хромосомы 21 ^st .Когда эта яйцеклетка соединяется со сперматозоидом, несущим одну копию этой хромосомы, полученный ребенок будет иметь три копии хромосомы 21 ^st — отсюда и альтернативное название болезни — Трисомия 21 .

Хромосомные нарушения также могут возникать из-за делеций — когда часть целой хромосомы случайно обрывается. При синдроме кри-дю-чат (крик кошки) полностью отсутствует короткая часть хромосомы 5 ^-й , что приводит к его характерному симптому: странному кошачьему крику младенцев.

Вы можете заметить, что хромосомные аномалии, приводящие к заболеваниям, довольно специфичны. На то есть веская причина: люди с такими специфическими хромосомными аномалиями обычно могут выжить с имеющимся у них генетическим материалом.

Есть еще много возможных хромосомных аномалий, но люди довольно редко выживают после них. Хромосомные аномалии, в отличие от ошибок в ДНК одного гена, могут одним махом затронуть сотни или тысячи генов. В большинстве случаев, когда происходят хромосомные аномалии, они влияют на критический ген, без которого человек не может жить, и эмбрион может умереть в утробе матери еще до того, как он начнет формироваться.

Почему генетические заболевания остаются в популяции?

К настоящему времени вы узнали, что генетические заболевания могут вызывать что угодно, от незначительных неприятностей, таких как облысение по мужскому типу, до смерти эмбриона еще до того, как человек вообще начнет развиваться.

Если генетические заболевания обладают таким вредным потенциалом, вы можете задаться вопросом, почему они вообще все еще существуют? Разве люди с генетическими заболеваниями не смогут или с меньшей вероятностью будут передавать эти болезнетворные гены потомству? Разве болезни не исчезнут из популяции постепенно сами по себе?

Есть много причин, по которым генетические заболевания продолжаются в наших популяциях.Вот несколько:

Одна из основных причин того, что генетические заболевания остаются в популяциях, заключается в том, что новые болезнетворные мутации всегда происходят . Аллель, вызывающий гемофилию, который привел к падению всей династии Романовых, вероятно, был результатом единственной мутации самой королевы Виктории.

Генетические болезни также могут оставаться в популяции, если носители с большей вероятностью подходят — то есть, чтобы выжить и иметь больше детей. Это звучит странно, но это правда: иногда наличие одной копии вызывающего болезнь аллеля действительно может быть полезным.

Например, люди с одним нормальным аллелем и одним аллелем, вызывающим серповидноклеточную анемию, на самом деле более устойчивы к малярии, хотите верьте, хотите нет! В тропических регионах, где малярия распространена, люди, являющиеся носителями серповидноклеточной анемии, с большей вероятностью избегают малярии и заводят больше детей. Население в целом получает выгоду от улучшения физической формы, к сожалению, за счет незадачливых людей, которые наследуют два вызывающих болезнь аллеля и у которых развивается серповидноклеточная анемия.

В некоторых случаях генетическое заболевание может сохраняться в популяции, потому что болезнь не проявляется до после , когда человек уже имел детей (и передавал свои вызывающие болезнь аллели).

Болезнь Хантингтона является примером. Люди с болезнью Гентингтона обычно проявляют симптомы не раньше 50 лет. К тому времени у них уже были дети, и поэтому вызывающий болезнь аллель уже передался следующему поколению.

Могут ли ученые вылечить генетические заболевания?

Каждая клетка вашего тела — всего 37.2 триллионов из них — имеют одинаковую ДНК. Если у вас генетическое заболевание, это как минимум 37,2 триллиона ошибок.

Ваши гены неизменны. До недавнего времени это…

Одна из самых быстрорастущих областей науки сегодня — это генная инженерия. Ученые теперь могут войти в ДНК всего организма и изменить ее.

Ученые обычно начинают с одной эмбриональной стволовой клетки или одноклеточного организма, такого как бактерии, и вставляют нужные гены (гораздо проще редактировать ДНК только одной клетки, чем триллионов).Они могут имплантировать гены, продуцирующие инсулин, в бактерии, чтобы производить инсулин для диабетиков, например, или имплантировать гены, продуцирующие витамины, в сельскохозяйственные культуры, чтобы сделать их более питательными.

Ученые оттачивают свои навыки генной инженерии на коммерческих продуктах примерно с 1970-х годов. В 1990-х годах они осознали силу этой технологии и решили испытать ее на людях для лечения генетических заболеваний.

До сих пор генная терапия имела неоднозначный успех. Некоторые пациенты умерли в результате генной терапии, что, вероятно, является одной из причин, почему эти методы не получили широкого распространения.Исследователи неустанно работают над улучшением технологии и повышением ее безопасности для пациентов.

Генная терапия открывает большие перспективы. На сегодняшний день проведены сотни клинических испытаний, в некоторых из которых успешно лечились или даже излечивались болезни, от тяжелого комбинированного иммунодефицитного расстройства (болезнь «пузырь мальчика») до врожденной слепоты. Некоторые ученые даже используют методы генной терапии для лечения определенных видов рака.

Ученым еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они усовершенствуют методы генной терапии и сделают их безопасными, доступными и эффективными для лечения остающихся неизлечимых болезней.Но их первоначальные успехи обнадеживают: впервые в истории человечества мы смогли отредактировать собственную ДНК, чтобы сделать нас более здоровыми.

Что такое заболевания одного гена?

Геном человека, который представляет собой полный набор дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), можно рассматривать как образец для всех клеточных структур и видов деятельности. По оценкам, наш геном содержит 25 000 генов, кодирующих белок, и знание его последовательности может быть использовано для сопоставления различных фенотипов болезни с соответствующими генами.

Генетические заболевания человека можно разделить на одну из пяти категорий: нарушения с одним геном (характеризующиеся мутациями в отдельных локусах), многофакторные и полигенные нарушения (характеризующиеся взаимодействием нескольких генов, иногда во взаимодействии с факторами окружающей среды), хромосомные аномалии, митохондриальные нарушения. наследственность, а также болезни неизвестного происхождения, которые, кажется, передаются по наследству.

Исследования Менделя закономерностей наследования у растений гороха представляют собой прочную основу для нашего нынешнего понимания болезней одного гена у людей.Когда определенный ген можно определить как причину заболевания, мы называем его генетическим заболеванием с одним геном или менделевским расстройством.

Кредит изображения: nobeastsofierce / Shutterstock.com

Типы заболеваний одного гена

Возникновение болезни, вызванной мутацией одного гена, может происходить по нескольким основным схемам или видам. Они сгруппированы в зависимости от того, является ли признак специфическим для пола (обычно Х-сцепленным) или нет (аутосомный). Как правило, единичные генные расстройства (также известные как менделевские черты или болезни) относительно редки.

Возникновение болезни, вызванной мутацией одного гена, может происходить по нескольким основным схемам или видам. Они сгруппированы в зависимости от того, является ли признак специфическим для пола (обычно Х-сцепленным) или нет (аутосомный). Как правило, единичные генные расстройства (также известные как менделевские черты или болезни) относительно редки.

Аутосомно-доминантные нарушения единственного гена возникают у людей, которые содержат единственную мутантную копию гена, ассоциированного с заболеванием. Пораженные люди являются гетерозиготными по гену, что означает, что наследования только одной копии от пораженной матери или пораженного отца достаточно, чтобы вызвать заболевание; следовательно, наличие единственной немутантной копии или копии гена «дикого типа» недостаточно для предотвращения заболевания.

Другой распространенный тип наследования — аутосомно-рецессивное заболевание с одним геном, при котором для заболевания необходимы две копии мутировавшего гена. Они наследуют один аллель от матери и один от отца, риск передачи заболевания составляет 25%, в то время как половина здоровых потомков будет носителями гена

.

Х-сцепленное доминантное наследование следует схеме, аналогичной аутосомно-доминантному наследованию, за исключением того, что поражается больше женщин, чем мужчин, хотя такие нарушения очень редки.Х-сцепленные рецессивные состояния обычно возникают только у мужчин, поскольку вторая Х-хромосома женщин обеспечивает нормальный аллель, но мужчины, которые наследуют рецессивный ген на своей единственной Х-хромосоме, будут затронуты. Чрезвычайно редкие Y-сцепленные заболевания с одним геном всегда передаются от больных отцов к их сыновьям.

Наследование нарушений единственного гена. Кредит изображения: Катриен Франсуа / Shutterstock.com

Примеры нарушений единственного гена

Болезнь Хантингтона — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание с аутосомно-доминантным наследованием.Дети пострадавших имеют 50% риск унаследовать болезнь, которая может проявляться неконтролируемыми движениями, эмоциональными проблемами и потерей мыслительных способностей.

Позднее начало расстройства (возраст 35-45 лет) означает, что у многих больных рождаются дети до того, как они узнают о своем состоянии. Другие примеры аутосомно-доминантных заболеваний включают синдром Марфана, нейрофиброматоз, ретинобластому и полидактилию.

Фенилкетонурия представляет собой яркий пример генетического нарушения одного гена с аутосомно-рецессивным типом наследования.Он характеризуется неспособностью организма использовать незаменимую аминокислоту фенилаланин из-за мутации в гене фенилаланингидроксилазы (PAH). В результате накопление фенилаланина может в конечном итоге вызвать умственную отсталость и ненормальное поведение. Другие примеры аутосомно-рецессивных заболеваний включают муковисцидоз, серповидно-клеточную анемию и болезнь Тея-Сакса.

Гемофилия A — это заболевание, при котором кровь не может свертываться должным образом из-за дефицита фактора свертывания, называемого фактором VIII.Он демонстрирует рецессивный паттерн наследования, связанный с Х-хромосомой, поэтому мужчины с мутантной копией гена всегда будут болеть, тогда как женщины редко страдают от него. Другими примерами являются мышечная дистрофия Дюшенна и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Х-сцепленные доминантные состояния редки, но существуют. Гетерозиготные мутации в X-сцепленном гене MECP2 приводят к синдрому Ретта — тяжелому нарушению психического развития молодых женщин. Необструктивный сперматогенный сбой, который приводит к проблемам бесплодия у мужчин, является примером Y-сцепленного расстройства.

Заболевания одного гена | Менделирующие расстройства | Анализ родословной Играть

Список литературы

Дополнительная литература

Обзор врожденных генетических заболеваний — Expertscape.com

.