Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ

Юров И. Ю., Воинова В. Ю., Ворсанова С. Г., Юров Ю. Б.,

Глава 1. История и значение генетики в контексте медико-биологических исследований

История генетики представляет собой череду захватывающих открытий, благодаря которым общество получило возможность лечения и предотвращения многих тяжелейших заболеваний. Согласно современным представлениям человек появился на Земле от 50 до 200 тысяч лет назад. Можно предполагать, что наследственность интересовала людей издавна. Так, в Халдее и Вавилоне около 6000 лет назад изучались родословные, прослеживающие передачу некоторых характеристик конской гривы. Ранние греческие философы Аристотель и Гиппократ считали, что признаки человека передаются из поколения в поколение через семя, а матка женщины служит лишь «инкубатором». Они утверждали, что семя продуцирует всё тело человека, поэтому, например, отец с лысиной имеет лысого сына. Эти идеи превалировали вплоть до XVII столетия, когда датские ученые Ливенгук (Leeuwenhoek) и де Грааф (de Graaf) открыли существование спермы и яйцеклеток, объяснив тем самым передачу потомству как отцовских, так и материнских признаков.

Расцвет различных наук в XVIII–XIX столетиях вызвал рост интереса к наследственности. Пьер де Мопертуи (Pierre de Maupertuis), французский натуралист, изучал наследование полидактилии (дополнительных пальцев) и альбинизма (недостатка пигментации) и показал, что эти аномалии по-разному передаются в родословных. Джозеф Адамс (Joseph Adams) (1756–1818 гг.), английский врач, также анализировал различные механизмы наследования и опубликовал «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней», который явился предпосылкой к созданию медико-генетического консультирования. Джон Дальтон (John Dalton) установил тот факт, что некоторые состояния, особенно цветовая слепота (дальтонизм) и гемофилия, наследуются сцеплено с полом.

Настоящие представления о генетике сложились благодаря работам Грегора Менделя (Gregor Mendel, 1822–1884 гг.) (рис. 1), который в 1865 г. представил результаты экспериментов по скрещиванию гороха на заседании Общества Естествознания. Эти наблюдения были опубликованы, но оставались незамеченными. И лишь в 1900 г., через 16 лет после смерти Менделя, его эксперименты были воспроизведены. Сущность его работы была в открытии единиц наследственности – генов и того, каким образом они передаются в поколениях. Термин «ген» был впервые предложен датским ботаником Йохансеном (Johansen), и был получен
из введенного Де Врайсом (De Vries) термина «панген», который, в свою очередь, был дериватом термина «пангенезис», предложенного Дарвиным (Darwin) в 1868 г. Определение «менделевский тип» сейчас применяют для обозначения наследования моногенных признаков и заболеваний, возникающих в результате изменений в одном гене.

В своих экспериментах Мендель исследовал контрастирующие признаки садового гороха. Он заметил, что, если горох с таким наследственным признаком, как высокорослость, скрещивается с низким горохом, то в первом поколении – F1 – потомство будет высоким. Если же скрестить между собой гибридов первого поколения, это приведет к появлению высоких и низких растений в соотношении 3:1. Признаки, которые проявлялись в поколении F1, были названы доминантными, а те, которые проявлялись во втором поколении (F2), – рецессивными. Одним из обвинений в адрес Менделя было то, что он публиковал только те результаты, которые соответствовали его гипотезе. Согласно последней, пара контрастирующих признаков растения контролируется двумя факторами (генами), унаследованными по одному от каждого из родителей. До скрещивания растения имели по паре идентичных генов, т.е. были гомозиготны (представляли собой чистые линии). Гибриды первого поколения имели по одному гену высокорослости и низкорослости, т.е. были гетерозиготны. На основе проведенных опытов Менделем были сформулированы 3 основных закона:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения отражает тот факт, что гибриды первого поколения всегда единообразны по данному признаку и приобретают его от одного из родителей: это более сильный – доминантный признак (термин введен Менделем от латинского dominus), всегда подавляющий другой – рецессивный признак.

2. Закон сегрегации (отделения, расщепления) утверждает, что каждый отдельный признак индивидуума контролируется двумя факторами (генами), только один из которых может передаваться потомку;
во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении (по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1).

3. Закон независимого наследования постулирует то, что различные альтернативные пары признаков (контролируемых генами) передаются потомству независимо друг от друга. Существует ряд случаев, когда законы Менделя нарушаются, но в целом они остаются основополагающими.

К началу XX века было известно, что каждая клетка содержит ядро, внутри которого есть несколько нитевидных структур, названных хромосомами из-за своего сродства к определенным красителям (chroma – цвет, soma – тельце). В 1903 г. Уолтер Саттон (Walter Sutton) и Теодор Бовери (Theodor Boveri) независимо друг от друга предположили, что хромосомы несут наследственные факторы или гены. Это предположение было поддержано наблюдениями за поведением хромосом при делении клетки, которое объясняло сегрегацию генов. Долгое время считалось, что нормальное число хромосом человека равно 48. Правильное их число (46) было установлено лишь в 1956 г. Джо Тио (Joe Tjio) и Альбертом Леваном (Albert Levan) через 3 года после открытия структуры ДНК. В течение нескольких лет выяснилось, что болезни человека могут быть связаны с потерей или приобретением хромосом или их участков. Затем стало известно, что некоторые структурные аномалии хромосом, такие как транслокации (обмен хромосомным материалом), могут передаваться и сегрегировать в семьях по законам Менделя.