Введение………………………………………………………………………
Исследование генома человека ……………………………………………
Прогресс генетики …………………………………………………………
Достижения и проблемы современной генетики ………………………
Медико-генетическое консультирование ………………………………
Проблема клонирования животных и человека …………………………
Генетика и проблема рака …………………………………………………
Генетический мониторинг …………………………………………………
Заключение …………………………………………………………………
Литература …………………………………………………………………
Введение
Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.
В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу и тончайших по исполнению – экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека, а частично и выполнены на клетках человека. Это показывает неразрывную связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой.
Первое – это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е. уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.
Второе достижение – это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области
вирусогенетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках
млекопитающих, включая клетки человека.
Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с
включением клеточного и организменного уровней.
XX век стал веком величайших открытий во всех областях естествознания, веком научно-технической революции, которая изменила и облик Земли, и облик ее обитателей. Возможно, одной из основных отраслей знания, которые будут определять облик нашего мира в следующем веке, является генетика. С этой сравнительно молодой наукой всегда было связано немало споров и противоречий, но последние достижения генетики и генной инженерии, которая вполне может считаться самостоятельной дисциплиной, в
таких областях, как исследование генома человека и клонирование, хотя и открыли широкие перспективы развития биотехнологий и лечения различных заболеваний, сделали возможным изменение самой сущности человека, породив
тем самым множество вопросов этического, даже, скорее, философского, характера. Имеет ли человек право изменять то, что создано природой? Имеет ли право исправлять ее ошибки и, если да, то где та грань, которую нельзя переступать? Не обернутся ли научные знания катастрофой для всего
человечества, как это случилось, когда была открыта энергия атома, уничтожившая Хиросиму, Нагасаки и Чернобыль? На эти вопросы все отвечают по-разному, поэтому в своей работе я попытаюсь не только рассказать о самих проблемах научной этики, связанных с генетикой, но и по возможности
отразить различные точки зрения на эти проблемы.
Генетика стремительно развивается. Ученые говорят, что перед ними открываются возможности, которые раньше воспринимались не иначе, как фантастические и абсолютно не реальные. Еще сравнительно недавно снимались фильмы о том, как в обществе будущего люди отправляются в специальные центры, чтобы выбирать внешность будущего ребенка. Сегодня исследователи говорят, что это возможно.
Василий Панкратов, научный сотрудник лаборатории нехромосомной наследственности Института генетики и цитологии НАН Беларуси. Фото Настасьи Ровдо.
Василий Панкратов работает научным сотрудником лаборатории нехромосомной наследственности Института генетики и цитологии НАН Беларуси. Совместно с коллегами он занимается популяционной генетикой человека, изучает с этой точки зрения группы людей. Население Минска, Минской области, Беларуси, Восточной Европы, Евразии или всего мира - это все популяции.
«Во-первых, нас интересует, насколько генетически различные популяции схожи или не схожи. К примеру, с кем генетически схожи белорусы: с русскими, поляками или еще с кем-то. Во-вторых, мы хотим понять, как генофонд, совокупность генетического материала, меняется во времени. Какие факторы на это влияют, какие закономерности здесь есть, - объясняет Василий Панкратов. - Таким образом мы сможем в какой-то степени изучать историю. К примеру, как образовалась та или иная этническая группа, как изменялась численность людей в популяции, какие специфические заболевания были ей свойственны».
С кем белорусы схожи генетически
Белорусы похожи на своих соседей, говорит ученый. Однако генофонд в Восточной Европе до такой степени перемешан, что сказать, с какими из соседей у нас схожесть наиболее выраженная, чрезвычайно сложно.
«Если мне дадут образец ДНК жителя Восточной Европы, то максимум, что можно сказать, - это что он с вероятностью 60% является белорусом и с вероятностью 40% - русским. А в большинстве случаев будет по 25 процентов, что он поляк, белорус, украинец или русский.
Может быть, точно определять этническое происхождение по ДНК станет возможным в будущем, когда мы будем располагать гораздо большей выборкой образцов, для которых проанализирована вся ДНК, а не только отдельные ее фрагменты, и мы сможем заметить даже мелкие различия».
Фото pi.tedcdn.com
Ранее в Институт генетики и цитологии мог обратиться любой желающий для того, чтобы узнать, кем были его предки. Однако к настоящему времени эту услугу перестали оказывать.
«Дело в том, что большинству жителей Беларуси после такого анализа скажут: «Вы типичный житель Беларуси». Или еще шире: «Вы типичный житель Восточной Европы, и ваши предки, скорее всего, несколько тысячелетий жили на этой территории». И для большинства это будет не то, чего они ждали, - говорит Василий Панкратов. - Как по мне, генетический анализ на определение происхождения имеет смысл тогда, когда есть, к примеру, семейная легенда.
Однажды к нам пришел человек, который исследовал архивы, изучал семейную историю, и хотел проверить гипотезу о том, что одна из его прабабушек была марийкой и происходила с Урала. Мы сделали анализ, и результаты соответствовали этой гипотезе. Его вариант «женской» ДНК, которая передается по прямой женской линии, более характерен для Сибири, чем для Беларуси. Это еще не доказательство, но это факт, который подкрепляет его гипотезу».
Фото pi.tedcdn.com
Еще год тому назад Василий Панкратов, работая над диссертацией, исследовал генофонд белорусских татар. Выяснилось, что у белорусских татар треть составляют варианты ДНК, которые встречаются в настоящее время в Сибири, Монголии, на Алтае, в Средней Азии. Несмотря на то, что татары длительное время проживают на территории Беларуси, они до сих пор сохранили генетический след своих предков. Более того, их «материнская» ДНК, то есть передающаяся от матери, имеет около 30 процентов общего с азиатскими популяциями.
«Это значит, что мужчины-воины татары, которые пришли на наши земли, не только брали белорусок в жены. Некоторые из них пришли со своими семьями. Более сложные анализы показали, что сначала происходило смешение между мигрантами азиатского происхождения с местным населением, а спустя какое-то время образовался определенный барьер - и они перестали смешиваться. Иначе говоря, с течением времени они, скорее всего, стали бы очень похожими на белорусов. И это соответствует тому, что мы знаем: Витовт сначала дал добро на браки между татарами и местными женщинами, а через какое-то время был введен запрет на межконфессиональные браки. Поскольку татары были мусульманами, то, соответственно, не могли сочетаться браком с местным населением. Именно ввиду этого барьера они и сохранили свою генетическую идентичность», - объясняет генетик.
Фото si.wsj.net
В настоящее время Василий Панкратов занимается новым проектом, который связан не с отбором материала, а с анализом накопленного, причем не только нашей страной, но и другими. Здесь фокус исследователей шире, они намерены выяснить, насколько генетическое прошлое жителей Восточной Европы отличается от Западной.
Ученые пытаются работать и с древней ДНК, которую можно выделять из останков - тех же костей или зубов.
«Наша страна климатически не очень благоприятна, поскольку останки лучше сохраняются либо на севере, в вечной мерзлоте, либо в пещерах с соответствующим микроклиматом. Тем не менее, положительные результаты имеются, - уверяет Василий Панкратов. - У нас есть археологические материалы, из которых удалось взять ДНК. Мы сможем выяснить конкретнее, как менялся генофонд во времени не через какие-то математические анализы и статистики, а сравнив то, что имеем сейчас, с тем, что было несколько столетий или тысячелетий назад».
Как меняется ДНК
Весь мир вокруг нас состоит из химических веществ. Они разные, поэтому и состоящие из них предметы, материалы разные. ДНК - тоже химическое вещество, причем с очень длинными молекулами. Часто говорят «цепочка ДНК», так как эти длинные молекулы состоят из маленьких «кирпичиков». Одна хромосома человека может быть длиной около 2 сантиметров, что для молекулы очень много. Эта одна хромосома может включать десятки миллионов «кирпичиков». А одна клетка человеческого организма содержит ДНК длиной около двух метров, при этом количество блоков-«кирпичиков» будет достигать 6 миллиардов.
ДНК отвечает за то, какие мы есть. Не на сто процентов, но в большой степени, отмечает генетик. Она определяет цвет глаз, волос, кожи, особенности здоровья, влияет на психические черты и даже склонности к той или иной деятельности. Например, математические или лингвистические способности в определенной степени зависят от ДНК.
«Когда мы говорим об изменении ДНК, используем слово «мутация». Большинство мутаций, которые происходят у людей, никак не влияет на здоровье или внешность. Кстати, их-то мы и используем для наших исследований, поскольку на них не влияет среда, в которой живут люди. Конечно, мутации бывают вредными, они происходят в тех частях ДНК, которые все-таки за что-то отвечают. И еще реже происходят полезные мутации», - говорит Василий Панкратов.
Фото cargocollective.com
Три полезные мутации
Несколько тысяч лет тому назад в Европе люди стали разводить коров и пить молоко, рассказывает генетик. Мы хорошо знаем, что обычно млекопитающие пьют молоко в детском возрасте, а потом утрачивают эту способность. Вопрос: как люди научились пить молоко? Когда возникла мутация, которая привела к тому, что способность усваивать молоко не пропала с возрастом? Ведь дальше, в результате естественного отбора, те, кто имел эту способность, с большей вероятностью выживали в сложных условиях, когда попросту нечего было есть.
«Мы знаем, что среди современных людей не все могут пить молоко, - говорит ученый. - Большинство европейцев может, а большинство азиатов - нет, поскольку у них из-за этого возникают проблемы с желудком. Можно сказать, что люди, которые сегодня не могут пить молоко, менее эволюционно продвинутые. В Азии же не было того животноводства, при котором бы получали молоко с целью потреблять его в пищу, поэтому, это свойство не являлось полезным. Там же, где начали разводить коров и потреблять молоко, способность усваивать молоко стала полезной и распространилась на всю популяцию».
Исследователь приводит и другой пример. Есть люди, генетически устойчивые к СПИДу. Это значит, что произошла мутация, благодаря которой вирус не может размножаться в клетках таких людей. Их в европейской популяции около одного процента.
«С точки зрения классической эволюционной теории мы понимаем почему. Не так уж много людей погибает от СПИДа. Если бы началась тотальная эпидемия, тогда бы эта мутация оказалась очень полезной. Люди, выжившие благодаря ей, передавали бы ее последующим поколениям. Все-таки ситуация со СПИДом в Европе не настолько острая, поэтому доля этой мутации невысока», - говорит ученый.
Или еще один пример.
«Если кто-то бывал в горах на большой высоте, тот знает, что большинству людей, особенно тем, кто привык жить внизу, находиться там сложно. Не хватает кислорода, трудно дышать, болит голова, тошнит. А вот, к примеру, тибетцы живут в горах долгое время, и выяснилось, что они приспособлены к этим условиям генетически, - объясняет Василий Панкратов. - У них есть мутации, которые позволяют им жить и комфортно себя чувствовать на большой высоте. Если белорусы поедут жить в Тибет, то, хотя они и приспособятся к низкой концентрации кислорода, но за счет большого количества эритроцитов в крови это повлечет негативные последствия. Ведь если красных клеток слишком много, возникает высокий риск того, что они застрянут в сосудах и спровоцируют инсульт или инфаркт».
Генетик отмечает, что мутации происходят все время. Каждый из нас отличается от родителей примерно на 60 букв. Правда, эти 60 букв - из шести миллиардов.
Генетика будущего
Исследователь говорит, что уже сейчас белорусские генетики, проанализировав только отдельные части ДНК, могут определить, какие лекарства могут навредить человеку. С учетом этого можно планировать лечение, причем не только подбирать правильные лекарства, но и определять правильную дозу.
Уже сейчас белорусские генетики могут сказать, является ли человек носителем тех или иных генетических заболеваний.
«Половину генетического материала мы получаем от матери и половину - от отца. То есть каждый ген, за что бы он ни отвечал, представлены двумя копиями - от матери и от отца. Некоторые люди получают одну нормальную копию, а другую - с вредной мутацией. Сами они здоровы, но являются носителями. И если два таких человека заведут ребенка, то он может родиться больным, - рассказывает Василий Панкратов. - Чаще всего к нам обращаются люди, у которых в семье бывали случаи генетического заболевания. Они хотят узнать, каков риск того, что ребенок родится больным».
Генетик отмечает, что сегодня можно проводить диагностику здоровья ребенка еще до его рождения, проверить, нет ли у него генетических заболеваний, еще когда женщина беременна. Делали это и раньше, но более сложными, неприятными и болезненными методами. Теперь же у беременной женщины берут кровь из вены, отделяют ДНК матери от ДНК ребенка и проводят анализ.
«Далее мы подходим к черте, когда наши возможности сталкиваются с вопросами этики. Например, мы выяснили, что и муж, и жена, являются носителями какого-то заболевания. Они понимают, что с вероятностью 25 процентов в них родится больной ребенок. Тем не менее они хотят ребенка, и хотят, чтобы он был здоровым. Теперь, с помощью достижений генетики и экстракорпорального оплодотворения, мы можем получить несколько эмбрионов, каждый из них проверить на наличие этого заболевания, выбрать здоровый эмбрион и подсадить его в матку. В результате женщина родит здорового ребенка», - рассказывает ученый.
А дальше начинается научная фантастика, которая, как уверяет исследователь, становится действительностью. Он приводит в пример фильм «Гатака», снятый в 1997 году, в котором рассказывается об обществе будущего, где еще до беременности родители идут в центр и заказывают ребенка, мол, «хочу высокого блондина с голубыми глазами» и далее в том же духе.
«Мы пока еще не знаем, каковы генетические основы всех признаков человека, но мы знаем много.
Технологии уже позволяют взять зиготу, одну клетку, из которой в дальнейшем образуется эмбрион, а потом и человек, и генетически изменить ее почти что как угодно, - утверждает Василий Панкратов. - Конечно, не получится создать супермена со стальной кожей, но в пределах тех признаков, которые встречаются у людей, можно сделать какие угодно изменения. Можем выбрать цвет глаз, волос, повлиять на рост человека, его склонности.
И прежде всего, можем избавить от заболеваний, которые либо полностью являются генетическими, либо имеют генетический компонент. При условии, что мы знаем, какой именно ген и в каком направлении мы хотим изменить, технически это вполне возможно. Ограничения преимущественно этические. И я думаю, мое поколение столкнется с тем, что придется решать, хотим ли мы этого».
Американского генетика Gregory A. Petsko, в которой автор расскрывает интересную точку зрения на сущность анализа генетических вариантов в 23andme. Статья написана на очень легком языке, и автор сдабривает эту легкость изрядной долей здрового юмора. Поскольку тема тестирования в 23andme интересна значительному проценту наших читателей, то ниже мы приводим перевод статьи на русский.
» Выходит, что я не потомок Чингисхана. Я уверен, что это обстоятельство удивляет вас не меньше, чем меня. Судя по тому, что мы слышим от людей, которые используют геномику для отслеживания путей человеческой миграции, огромный процент представителей человеческой расы на самом деле произошли от Чингисхана. Но только не я.
Это одна из тех вещей, которые я узнал после того как представил образец моей ДНК для геномного анализа однонуклеотидных полиморфизма (SNP) в одной из компаний, созданных для выполнения тестов для ‘обычных людей’ за плату. Мне было любопытно посмотреть, какого рода информацию они предоставляют, и честно говоря, я хотел узнать кое-что о своем собственном геноме. Поэтому следуя инструкциям компании, я плюнул несколько раз в пластиковый контейнер, пока не набрался необходимый объем слюны, отправил его по почте, и стал ждать результатов. Обнаружат ли у меня аллель, которая обречет меня на редкую генетическое заболеваний, когда я войду в преклонный возраст? А что, если мой риск развития сердечных болезней, диабета, — или любого из тысяч других недугов терзающих плоть — гораздо выше среднестатистического? Окажусь ли я потомком Чингисхана?
Компания 23andme, в которую я направил образец слюны, выполняет сиквенирование или гибридизацию ДНК не сама, а в отдельной специализированной лаборатории, c которой у 23andme заключен договор. После того, как лаборатория получила мои образцы, мою ДНК экстрагировали из клеток задней стенки щеки в слюне и амплифицировали с помощью ПЦР достаточное для стадии генотипирования количество ДНК. Далее, ДНК разрезали рестрикцией на меньшие, более управляемые фрагменты. Эти фрагменты ДНК затем нанесли на ДНК-чип, который в данном конкретном случае представляет собой небольшую стеклянную пластину с миллионами микроскопических шариков-головок на поверхности. К каждой головке прикрепляются ДНК-зонды , комплементарные тем сайтам человеческого генома, в которых расположены наиболее важные снипы. Для каждого SNP, имеется два ДНК-зонда соответствующих «нормальной» и «мутировавшей» версии (аллелю) каждого SNP. Таким образом, гибридизация сайта ДНК с конкретным ДНК -зондом, обнаруживается при помощи флуоресценции, которая, как и в случае любого другого эксперимента c ДНК-чипом, служит для идентификации аллели.
ДНК-чип, который использует 23andme, включает в себя 550000 снипов, разбросаных по всему геному. Хотя эти 550 тысяч снипов являются лишь частью из всех находящихся в геноме человека снипов (по разным оценкам, их количество достигает 10 миллионов) , набор этих 550 000 снипов тщательно продуман — сюда входят специально подобраные тэг-снипы (снипы-метки). Поскольку многие снипы характеризуются высоким неравновесным сцеплением между собой, генотип многих снипов может часто определяется, исходя из вывленного при тестирования генотипа того SNP , который является «тэгом-меткой» своей группы или LDблока снипов. Благодаря процедуре использования снипов-меток, можно максимизировать информацию от каждого фактически проанализированного SNP, сохраняя при этом низкую стоимость самого анализа.
Кроме того, многие ДНК компании имеют специально подобранные десятки тысяч дополнительных снипов, имеющих высокие диагностические перспективы и подробно изученные в научной литературе. Соответствующие этим снипам зонды добавляются в модифицированный ДНК-чип Illumina. Эти снипы включают факторы риска для общих и редких заболеваний человека, а также генетически наследуемые признаки (дальтонизм и так далее) .
Доступ к окончательным данным осуществляется через веб-сайт компании, который включает в себя возможность загрузки всего набор информации по проанализированным SNP-ам. После того, как я получил уведомление о готовности моих результатов, то, будучи ученым, выполнил самостоятельный биоинформатический анализ своих данных. Нужно однако признать, что сайт 23andme на самом деле cодержит качественный и интуитивно понятный интерфейс, обеспечивающий клиенту конкретную информацию о конкретных аллелей связанных с наследственными факторами конкретных различных заболеваний, физических черт, и так далее.
Вот некоторые из вещей, которые я узнал о себе:
Согласно геномным данным, мой цвет глаз, вероятно, коричневый (хорошее предположение) . Я должен быть лактозотолерантным (так оно и есть). Данные моего цитохрома P450 показывают, что я был бы весьма чувствительным к антикоагулянту варфарину, если я когда-либо должен был принимать его (надеюсь, что я никогда это не сделаю — это отвратительный препарат), снип в гене рецептора андрогенов свидетельствует о значительном снижении риска мужского типа облысения (у меня есть новости для ученных, я слегка полысел на макушке). По SNP-у в гене рецептора допамина, в одном немецком исследовании было установлено, что он связан со снижением эффективности в процессе обучения избежанию ошибок. Согласно одному SNP-у в гене, связанном с метаболизмом инсулина, у меня есть хорошие шансы дожить до 100 лет (то есть, если все ошибки, которые я не научилися избегать, не ухудшат эти шансы) . Есть также целый список снипов, которые в некоторых исследованиях были связаны с улучшением спортивных результатов (спринтерские способности, скорость реакции и так далее) . У меня нет ни одного из этих снипов, что вряд ли вызовет удивление у любого из моих учителей физкультуры.
Вместе с тем, у меня отмечен повышенный, в сравнении со среднестатистическим, риск развития ревматоидного артрита и псориаза (что интересно, потому что мой отец страдал от этого заболевании). У меня несколько сниженный риск развития целиакии, болезни Крона, сахарного диабетом 1 типа и рака предстательной железы. В любом случае, отклонение от нормы малозначительно — менее чем в два раза, — и не достаточно, чтобы заставить меня рассматривать планы по изменению образа жизни.
Но когда я самостоятельно проанализировал свои данные, один полиморфизм вызвал беспокойство. Так, у меня был обнаружен гуанин (G) в cнипе rs1799945 , расположенном в гене, кодирующем белок под названием HFE. HFE является протеином мутирующем при наследственном гемохроматозе. Наследственный гемохроматоз,наиболее распространенная форма болезни связанной с перегрузкой организма железом, является аутосомно -рецессивным генетическим заболеванием, которое вынуждает организм поглощать и хранить слишком много железа. Избыток железа сохраняется во всех органах и тканях организме, в том числе поджелудочной железы, печени и кожи. Без лечения, накопления железа могут повредить органы и ткани. Есть два основных генетических варианта приводящих к этому заболеванию.
Генетический вариант 1 (C282Y/rs1800562) находится в гене HFE. HFE производит мембранный белок, который структурно изморфен I типу белков МНС класса, и ассоциируется с β2 -микроглобулином. Считается, HFE отвечает за абсорбцию железа в клетках кишечника, печени и иммунной системы, регулируя взаимодействие рецептора трансферрина с трансферрином. Замена C282Y нарушает взаимодействие между HFE и его легкой цепью β2 — микроглобулина и предотвращает экспрессию на поверхности клетки. Анализы кристаллической структуры протеина HFE подтверждают то, что было предсказано исходя из изучения его последовательности. Cys282 (остаток 260 в зрелой форме белка) участвует в дисульфиднои мосте подобно аналогично протеинам, которые содержатся в α3 домены I класса MHC . Потеря дисульфида дестабилизирует уникальную нативную пространственную структуру белка. Второй наиболее распространенный вариант гена HFE — это замена гистидина-63 на аспарагиновую кислоту. В кристаллической структуре HFE , His63 (гистидин-41 в последовательности зрелой формы) включен в солянной мост, который в результате мутации разрушается превращаясь в отрицательно заряженный остаток, и тем самым дестабилизируя белок. Таким образом, как и многие другие наследственные заболевания, гемохроматоз является заболеванием вызванным конформацией (нарушением третичной структуры) белка.
В США вариант 1 является наболее распространенным. «Нормальная аллель» Cys282 содержит гуанин в обеих нитях, и встречается примерно у 876 из 1000 человек европейского происхождения. Наиболее распространенные формы наследственных гемохроматозов обнаружены у индивидов гомозиготных по аденина в обеих положениях, это происходит примерно у 4 из 1000 человек европейского происхождения (0,4%) . Тем не менее, пенетрантность является неполной: лишь только от трети до половины гомозигот показывают повышенный уровень железа и, возможно, менее чем у 10% мужчин (и у от 1 до 2% женщин) появятся полные клинические симптомы болезни, которые включают в себя боли в суставах, усталость, боль в животе, нарушение функции печени, и проблемы с сердцем. Как показал Эрнест Беутлер, хотя мутация гемохроматоза и является относительно распространенной, сама болезнь гемохроматоза встречается редко. То есть мутация в гене HFE является необходимым, но не достаточным условием. Задача исследователей гемохроматоза в геномную эпоху, также как и в случае многих заболеваний, состоит в изучении других генетических, эпигенетических и экологических факторов, определяющих, почему только у части гомозигот по C282Y (или H63D) мутациям развивается тяжелое заболевание нарушения обмена железа, в то время как большинство его носителей в значительной степени не имеют даже малейших признаков этого заболевания.
У гетерозиготы в C282Y имеется аденин только в одной цепи и встречается примерно у 120 из 1000 человек европейского происхождения: у гетерозигот практически никогда не возникают клинические симптомы. Гетерозиготы по H63D встречаются гораздо реже, но также маловероятно, что у них появятся клинические симптомы. Как и каждый десятый житель США, я носитель гемохроматоза. Я гетерозигот по H63D .
Теперь, когда я знаю причину, что это дает мне? Не так уж и много, как мне кажется, но я всегда буду помнить о своей гетерозиготности, и если я когда-нибудь у меня появится один из признаков перегрузки железом, я, вероятно, попрошу своего врача, чтобы тот проверил мой уровень железа. Наверное, людям которые заботятся о своем здоровье, такие вещи знать необходимо.
Но если вы зайдете на сайт компании, в которой вы сделали свой анализ, то увидите, что информация, о которой я писал чуть выше, находится не на самом видном месте. Все, что отображается на самом видном месте, связано исключительно с генеалогией. Я беседовал с генеральным директором компании, и она подтвердила, к моему удивлению, что люди, которые используют услуги 23andme гораздо больше заинтересованы в отслеживании своих корней с генетической точки зрения, чем в отчетах, связанных с генетическими факторами здоровья или физического состояния. На сайте можно найти несколько инструментов для подключения себя к другим людями, которые имеют с вами родство с генетической точки зрения. Другими словами, в настоящее время, основное применение полногеномного анализа SNP-ов сводится к созданию своего рода социальной сети генетических генеалогов.
Моя материнская гаплогруппа T2b2 . Гаплогруппа T возникла около 33000 лет назад на Ближнем Востоке, когда современные люди вышли из Восточной Африки. Ее нынешнее географическое распределение сильно зависит от нескольких миграций из Ближнего Востока в Европу, Индию и Восточной Африке примерно 15000 лет назад. T2 в настоящее время широко распространена в Северной Африке и Европе. Семья моей матери совсем недавно приехала из Италии, так что я предполагаю, что эта информация имеет практический смысл. Вы можете обнаружить на сайте сходство с гаплотипами известных людей: например, если ваша материнская гаплогруппа H4a , то вы попадаете в одну компанию с Уорреном Баффетам, одним из самых богатых людей в мире. Вы будете в восторге — и, возможно, не удивитесь — узнав, что единственный известный человек в списке на сайте c той же гаплогруппой, что и я, — это Джесси Джеймс, легендарный бандит с Дикого Запада.
Мой отцовской гаплотип I2. Гаплогруппа I2 является наиболее распространенной в Восточной Европе и на средиземноморском острове Сардиния, где она встречается у 40% мужского населения. Как и ее братская гаплогруппа, I1, I2 мигрировала в составе экспансивных миграций на север в конце ледникового периода около 12 000 лет назад. Но в отличие от I1, которая расширялась от Пиренейского полуострова в северо-западной Европе, градиент I2 направлен с Балкан в сторону юго-запада России в восточной части континента. Эти выводы также логичны, поскольку семья моего отца была родом из казаков. Если бы моя отцовская гаплогруппа была чрезвычайно распространеной С3 , я был бы потомком Чингисханом. Увы, не повезло. Если бы это была гаплогруппа Т, я бы разделял отцовскую линию с великим американским президентом и отцом-основателем, Томаса Джефферсона. Увы, cнова промах. На самом деле, веб-сайт компании не содержит ни одного известного человека с отцовской гаплогруппой I2 (если не считать меня, конечно же) .
Так что теперь, благодаря моему собственному анализу cнипов личного генома, я знаю, что вряд ли будет исключительно успешным в спорте; и что я не голубоглазый лысеющий блондин. Ни одно из этих заключений не представляло для меня какую либо то ни было неожиданность. Впрочем, я также узнал, что не происхожу от Чингисхана. Вот что получилось у меня, и я полагаю, что это лучше чем не знать ничего.
Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для конструирования последовательностей ДНК, нужную исследователям. Успехи в области экспериментальной биологии позволили создать методы введения таких искусственно созданных генов в ядра яйцеклеток или сперматозоидов. В результате возникла возможность получения трансгенных животных, т.е. животных, несущих в своем организме чужеродные гены. Одним из первых примеров успешного создания трансгенных животных было получение мышей, в геном которых был встроен гормон гена роста крысы.
Некоторые из таких трансгенных мышей росли быстро и достигали размеров, существенно превышавших контрольных животных. Первая в мире обезьяна с измененным генетическим кодом появилась на свет в Америке. Самец по кличке Энди родился после того, как в яйцеклетку его матери был внедрен ген медузы. Опыт проводился с макакой-резусом, которая гораздо ближе по своим биологическим признакам к человеку, чем любые другие животные, до сих пор подвергавшиеся экспериментам по генетической модификации. Ученые говорят, что применение этого метода поможет им при разработке новых способов лечения различных болезней. Однако, как сообщает ВВС, этот эксперимент уже вызвал критику со стороны организаций по защите животных, которые опасаются, что эти исследования приведут к страданиям множества приматов в лабораториях.
Далее была попытка создания гибрида человека и свиньи. В результате имплантации ядра человеческой клетки в ядро яйцеклетки свиньи, которую предварительно освободили от генетического материала животного, получился эмбрион, который прожил 32 дня, пока ученые не решили его уничтожить.
В настоящее время интерес к трансгенным животным очень велик. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, возникли широкие возможности для изучения работы чужеродного гена в геноме организма-хозяина, в зависимости от места его встраивания в ту или иную хромосому, а также строения регуляторной зоны гена. Во-вторых, трансгенные сельскохозяйственные животные могут представлять в будущем интерес для практики.
Клонирование
Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение прежде всего к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Однако у животных есть препятствие. По мере роста их клеток, они в ходе клеточной специализации - дифференцировки - теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре.
Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в начале 50-х годов в опытах на амфибиях. Опыты с ними показали, что серийные пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени увеличивает эту способность. Уже в начале 90-х была решена и проблема клонирования эмбриональных клеток млекопитающих. Реконструированные яйцеклетки крупных домашних животных, коров или овец сначала культивируют не in vitro, а in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до рождения детеныша.
Впервые клонированное животное (овца по кличке Долли) появилось в результате использования донорского ядра клетки молочной железы взрослой овцы. У этого первого успешного эксперимента есть существенный недостаток - очень низкий коэффициент выхода живых особей (0,36 %). Однако он доказывает возможность полноценного клонирования, (или получения копии взрослого человека). Остаётся лишь разрешить технические и этические вопросы.
Гораздо острее стоит вопрос о клонировании человека. Известно, что наиболее близкими к человеку по строению внутренних органов являются свиньи. В марте 2000 г. PPL Therapeutics объявила о том, что в их исследовательском центре родились пять клонированных поросят. Клонирование свиньи более сложная операция, чем клонирование овец или коров, так как для того, чтобы поддерживать одну беременность необходимо несколько здоровых плодов. Органы свиньи наиболее подходят к человеку по размерам. Свиньи легко размножаются и известны своей неприхотливостью. Но самой большой проблемой остается отторжение органа животного, который человеческий организм не принимает за свой.
Именно в этом направлении будут развиваться дальнейшие исследования ученых. Ученые видят один из возможных путей решения этой проблемы в том, чтобы генетически "замаскировать" органы животного, для того, чтобы человеческий организм не мог распознать их как чужие. Еще одной темой для исследования является попытка "очеловечить" генетическим путем органы свиньи, для того чтобы значительно снизить риск отторжения. Для этого предполагается вводить человеческие гены в хромосомы клонируемых свиней. Той же задачей, но без применения клонирования, занимаются и другие институты. Например, компания "Imutran", расположенная в Кембридже, смогла получить целое стадо свиней, в генетическом наборе которых уже отсутствует одна из ключевых характеристик, ответственная за отторжение чужеродных тканей. Как только будет получена пара мужской и женской особи, они будут готовы производить на свет "генетически чистое потомство", с органами, которые можно будет использовать для трансплантации.
Ещё один шаг к бессмертию - искусственное изменение ДНК. В июне 2000 г. появилось сообщение, что ученым из уже знаменитой своей овцой Долли шотландской фирмы PPL Therapeutics удалось получить успешные клоны овечек с измененной ДНК. Шотландские ученые смогли осуществить клонирование, при котором генетический материал клона был "подправлен" с лучшую сторону.
Существует уже узаконенный путь обхода запрета на клонирование человека, который называется "терапевтическое" клонирование человеческих существ. Речь идет о создании ранних эмбрионов - своего рода банка донорских тканей для конкретных индивидуумов.
Для этого используются стволовые клетки (упрощенно - клетки ранних человеческих зародышей). Потенциал роста стволовых клеток просто фантастический - достаточно вспомнить, что триллионноклеточный организм новорожденного человека образуется из одной-единственной клетки всего лишь за 9 месяцев. Но еще больше впечатляет потенциал дифференцировки - одна и та же стволовая клетка может трансформироваться в любую клетку человека, будь то нейрон головного мозга, клетка печени или сердечный миоцит. "Взрослым" клеткам такая трансформация не по силам.
Но одно уникальное свойство этих клеток превращает их поистине в надежду человечества - они отторгаются гораздо слабее, чем пересаженные целые органы, состоящие из уже дифференцированных клеток. Это означает, что в принципе можно выращивать в лабораторных условиях предшественники самых разных клеток (сердечных, нервных, печеночных, иммунных и др.), и затем трансплантировать их тяжело больным людям вместо донорских органов.
Лечение и предупреждение наследственных болезней
Повышенный интерес медицинской генетики к наследственным заболеваниям объясняется тем, что во многих случаях знание биохимических механизмов развития позволяет облегчить страдания больного. Больному вводят не синтезирующиеся в организме ферменты.
Так, например, заболевание сахарным диабетом характеризуется повышением концентрации сахара в крови вследствие недостаточной (или полного отсутствия) выработки в организме гормона инсулин поджелудочной железой. Это заболевание вызывается рецессивным геном. Еще в 19 в. это заболевание практически неизбежно приводило к смерти больного. Получение инсулина из поджелудочных желез некоторых домашних животных спасло жизни многим людям. Современные методы генной инженерии позволили получать инсулин гораздо более высокого качества, абсолютно идентичный человеческому инсулину в масштабах, достаточных для обеспечения каждого больного инсулином и с намного меньшими затратами.
Сейчас известны сотни заболеваний, в которых механизмы биохимических нарушений изучены достаточно подробно. В некоторых случаях современные методы микроанализов позволяют обнаружить такие биохимические нарушения даже в отдельных клетках, а это, в свою очередь, позволяет ставить диагноз о наличии подобных заболеваний у еще не родившегося ребенка по отдельным клеткам в околоплодной жидкости.
Генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных, с различными наследственными болезнями нервной системы (эпилепсия, шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии), а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности, производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему существует новый раздел медицины - медицинская цитогенетика.
Разделы генетики, связанные с изучением действия мутагенов на клетку (такие как радиационная генетика), имеют прямое отношение к профилактической медицине. Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии.
Знание генетики человека позволяет прогнозировать вероятность рождения детей, страдающих наследственными недугами, когда один или оба супругов больны или оба родителя здоровы, но наследственное заболевание встречалось у предков супругов.
Кодоминирование - Признаки проявляются одновременно, т.е. проявляются оба аллеля одного гена. Пример: Наследование IV группы крови. Система АВ0 у человека, где А и В доминантные гены (кодоминанты), а 0 рецессивный. Группа кровиГенотип I (0)ii (I 0 I 0) II (A)I A I A, I A I 0 (I A i) III (B)I B I B, I B I 0 (I B I 0) IV (AB)IAIBIAIB
Решите задачи: 1.У матери первая группа крови, у отца - неизвестна. Ребенок имеет первую группу крови. Может ли отец иметь вторую группу крови? 2.Женщина, имеющая III группу крови, родила ребенка со II группой крови. Определить возможные группы крови отца ребенка и генотип матери.
III. Полимерия - Явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. -Чем больше таких генов, тем ярче проявляется признак. - Пример: Цвет кожи, удойность коров - Явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. -Чем больше таких генов, тем ярче проявляется признак. - Пример: Цвет кожи, удойность коров - Аллели разных генов обозначают А 1 А 1 А 2 А 2, а 1 а 1 а 2 а 2
Задача: Сын белой женщины и чернокожего мужчины женится на белой женщине. Может ли ребенок от этого брака быть темнее своего отца? А 1 А 1 А 2 А 2 (или ААВВ) - негры А 1 а 1 А 2 А 2 (АаВВ), А 1 А 1 А 2 а 2 (ААВв) – темные мулаты А 1 а 1 А 2 а 2 (АаВв), А 1 А 1 а 2 а 2 (ААвв), а 1 а 1 А 2 А 2 (ааВВ) – средние мулаты А 1 а 1 а 2 а 2 (Аавв), а 1 а 1 А 2 а 2 (ааВв) – светлые мулаты а 1 а 1 а 2 а 2 (аавв) – белые ________________________ P а 1 а 1 а 2 а 2 x А 1 А 1 А 2 А 2 G а 1 а 2 А 1 А 2 F 1 А 1 а 1 А 2 а 2 x а 1 а 1 а 2 а 2
F 1 А 1 а 1 А 2 а 2 x а 1 а 1 а 2 а 2 G А 1 А 2, А 1 а 2, а 1 А 2, а 1 а 2 ; а 1 а 2 F 2 А 1 а 1 А 2 а 2, А 1 а 1 а 2 а 2, а 1 а 1 А 2 а 2, а 1 а 1 а 2 а 2 сред.мулат светлый мулат светлый мулат белый Соотношение 1:2:1, ребенок не может быть темнее своего отца
IV. Плейотропия (от греч. Pleion – многочисленный и tropos - направление) - один ген определяет развитие нескольких признаков и свойств организмов. Особенность: раннее проявление в организме; Пример: У мышей ген, вызывающий недоразвитие всех костей. У человека – синдром Марфана – заболевание соединительной ткани человека.
