РЕФЕРАТ
на тему: Гены их роль и значение для жизни
Содержание
Введение
Глава 1. Генетика и эволюция
Глава 2. Роль генов в определении и лечении различных заболеваний
.1 Гены и психические заболевания
.2 Психические расстройства в онтогенезе
Глава 3.Генетика и практика
.1 Пренатальная диагностики наследственных заболеваний
Заключение
Список литературы
Введение
«Как бы далеко ни продвинулся человек
по дороге знания, как бы высоко ни парил
его разум, никогда, я думаю, он не перестанет
удивляться великому таинству наследственности:
возникновению сложной индивидуальности,
именуемой организмом, из одной-единственной
оплодотворенной клетки, несущей эстафету жизни...»
Беляев Д.К.
Ген - это наследственный фактор, функционально неделимая единица генетического материала; участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК), кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или ри-босомальной РНК или взаимодействующий с регуляторным белком. Совокупность генов данной клетки или организма составляет его генотип. Еще в 1865 году Г.Менделем было постулировано существование дискретных наследств, факторов в половых клетках, а в 1909 B. Иогансен назвал их геном. В дальнейшем Т. X. Морган и его школа разработали теорию генов. [1].
Первые попытки экспериментального решения проблем, связанных с передачей признаков из поколения в поколение, предпринимались уже вXVIII веке. Учёные, скрещивая между собой, различные особи и получая помесное потомство, стремились узнать, как наследуются родительские свойства.
В1665г. английским естествоиспытателем Робертом Гуком впервые была обнаружена клетка. А уже в1674г. Левенгук, благодаря созданию микроскопа, открыл существование живых клеток.
год считается датой рождения генетики. С этого момента начинаются широкие исследования, в ходе которых были сформулированы представления о мутациях, популяциях и чистых линиях организмов, хромосомная теория наследственности, открыт закон гомологических рядов наследственной изменчивости и другие. Новый этап развития генетики связан с усовершенствованием техники научных исследований. Сложные современные приборы позволили установить строение нуклеиновых кислот, вскрыть их значение в явлениях наследственности и расшифровать генетический код, выявить этапы биосинтеза белка. Актуальность данной темы обусловлена тем, что без учета достижений генетики в настоящее время немыслима полноценная деятельность человека во многих сферах науки и производства: в биологии, медицине, сельском хозяйстве. Знание генетики помогает понять возникновение и развитие жизни на Земле, открывает материальную основу эволюционных преобразований. Обнаружение связей между строением генов и белков привело к созданию молекулярной генетики. Интенсивно развивается иммуногенетика, изучающая генетические основы иммунных реакций организма. Выявлена генетическая основа многих заболеваний человека или предрасположенности к ним. Такие сведения помогают специалистам в области медицинской генетики установить точную причину заболевания и разработать меры профилактики и лечения людей. [6].
В данной работе мы рассмотрим насколько значима роль гена в жизни, на примере нескольких видов заболеваний, а именно затронем психические заболевания, и как возможности решения, приведем выработанную на основе генетики и уже ставшую «самостоятельной» пренатальную диагностику наследственных заболеваний плода.
Глава 1. Генетика и эволюция
Современная генетика рассматривает наследственность как коренное, неотделимое от понятия жизни свойство всех организмов повторять в ряду последовательных поколений сходные типы биосинтеза и обмена веществ в целом. Это обеспечивает структурную и функциональную преемственность живых существ - от их внутриклеточного аппарата до морфо-физиологической организации на всех стадиях индивидуального развития. Наследственная изменчивость, то есть постоянно возникающие изменения генотипической основы организмов, и наследственность поставляют материал, на основе которого естественный отбор создаёт многообразие форм жизни и обеспечивает поступательный ход эволюции. Одно из коренных положений современной генетики состоит в том, что наследственная информация о развитии и свойствах организмов содержится главным образом в молекулярных структурах хромосом, заключённых в ядрах всех клеток организма и передаваемых от родителей потомкам. Биохимические процессы, лежащие в основе индивидуального развития организма, осуществляются на базе, поступающей из ядра информации в цитоплазматических структурах клетки. Некоторые клеточные органеллы, в частности хлоропласты и митохондрии, обладают генетической автономией, то есть содержат наследственный материал.
Открытие Менделем закономерностей расщепления показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяциях в гетерозиготном состоянии. Это устранило одно из самых серьёзных возражений против дарвиновской теории эволюции, высказанное английским инженером Ф. Дженкином, утверждавшим, что величина полезного наследственного изменения, которое может возникнуть у какой-либо особи, в последующих поколениях будет уменьшаться и постепенно приближаться к нулю. [1].
Генетика обосновала положение, что генотип определяет норму реакции организма на среду. В пределах этой нормы условия среды могут влиять на индивидуальное развитие организмов, меняя их морфологические и физиологические свойства, то есть, вызывая модификации. Однако эти условия не вызывают адекватных (то есть соответствующих среде) изменений генотипа, и поэтому модификации не наследуются, хотя сама возможность их возникновения под влиянием условий среды определена генотипом. Именно в этом смысле генетика отрицательно решила вопрос о наследовании признаков, приобретённых в течение индивидуального развития, что имело огромное значение как для утверждения дарвиновской теории эволюции, так и для селекции.
Генетические исследования показали также роль мутационного процесса, изоляции миграций, гибридизации, а также генетико-автоматических процессов в эволюционной дивергенции популяций и механизмах видообразования.
Доказано, что один ген может влиять не на один, а на многие признаки организма (плейотропия), вместе с тем развитие каждого признака зависит не от одного, а от многих генов (полимерия). Доказано также, что функции гена и его влияние на фенотип зависят от физического положения гена в генетической системе (эффект положения), от совокупности остальных генов (генотипической среды) и от внешних условий. Фенотипическое выражение гена - экспрессивность, так же как и его проявление - пенетрантность то есть наличие или отсутствие контролируемого данным геном признака, могут варьировать в зависимости как от внешних условий, так и от генотипа. Под влиянием различных внешних воздействий гены могут изменяться - мутировать. К независимому мутированию способны также элементарные единицы, входящие в состав гена. Все эти факты свидетельствуют о сложности материальной структуры гена, эволюционировавшей в процессе развития жизни на Земле, после того как были вскрыты молекулярные основы организации наследственных структур и процессов, которые лежат в основе передачи наследственной информации в клетке (и в организме) и в поколениях клеток (и организмов), выяснилось, что гены контролируют процессы синтеза белков в клетках и что генные мутации (изменения химической структуры генов) ведут к изменению химической структуры белков (что в ряде случаев сводится к замене одной аминокислоты другой). Материальным носителем генетической информации служит гигантский полимер - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), входящая в качестве важнейшего компонента в структуру хромосом всех организмов, за исключением некоторых вирусов, содержащих puбонуклеuновую кислоту (РНК). [6].
Для каждой стадии развития организма характерна строго определённая картина синтетической активности хромосом: некоторые участки их находятся в состоянии сильной активности и синтезируют РНК, тогда как другие участки на этих стадиях развития функционально не активны, но становятся активными на других стадиях. Оказалось, что в ряде случаев регуляторами функциональной активности генетического аппарата являются гормоны. Проблема генетических аспектов онтогенеза - одна из наиболее актуальных в современной биологии.
Глава 2. Роль генов в определении и лечении различных заболеваний
Все большее внимание привлекает и проблема разнообразия генома человека, то есть генетического полиморфизма. Задачи его носят преимущественно прикладной характер и касаются выяснения генетических (генных) основ индивидуальной чувствительности или устойчивости человека к различным неблагоприятным экзогенным факторам (экогенетика), а также к лекарственным препаратам (фармакогенетика). В ходе таких исследований и возникло представление о существовании " генов предрасположенности". Приведем высказывание Ф.Коллинса, директора Международной программы "Геном человека": "Каждый из нас генетически несовершенен. По мере разработки все новых и новых генетических тестов у каждого человека можно обнаружить мутацию, предрасполагающую к тому или иному заболеванию". Таким образом, "гены предрасположенности" - это по сути мутантные аллели, которые совместимы с рождением и жизнью в постнатальном периоде, но при определенных неблагоприятных условиях могут способствовать развитию того или иного заболевания. В зависимости от природы провоцирующего фактора их относят к " генам внешней среды" либо к генам-триггерам, запускающим патологический процесс при сочетании каких-то неблагоприятных факторов. В отличие от моногенных болезней, для возникновения которых достаточно наличие мутаций в структурном гене, эти заболевания принадлежат к наиболее многочисленной группе мультифакториальных болезней, в появлении которых повинны как генетические, так и экзогенные факторы. [4].
В настоящее время известно уже более 200 "генов внешней среды". Они выявлены в каждой группе ферментов, участвующих в детоксикации, у них обнаружены мутантные изоформы, функция которых может быть нарушена по сравнению с нормальными аллелями. Для многих из них выявлены генетические полиморфизмы, влияющие на функциональную активность их аллелей. Генетические исследования таких генов говорят о значительных межпопуляционных и межэтнических различиях их аллельного полиморфизма, что отражает своеобразие условий проживания, питания и образа жизни населения в различных регионах мира. В дальнейшем выяснилось, что эти функционально неполноценные аллели значительно чаще встречаются у лиц с различными заболеваниями, в этиологии которых важную роль играют неблагоприятные экзогенные факторы. Гены, имеющие такие аллели, и можно рассматривать как "гены предрасположенности" к тем или иным заболеваниям. Так, установлено, что неполноценный (нулевой) аллель глутатион-S-трансферазы, имеющий протяженную делецию, представлен в гомозиготном состоянии почти у 40% населения России. Этот генотип особенно характерен для больных раком легких, хроническим обструктивным бронхитом и раком мочевого пузыря. У лиц с таким генотипом на фоне алкоголизма чаще развивается цирроз печени . Имеются многочисленные сведения о высокой предрасположенности индивидов, гомозиготных по "ослабленному" аллелю гена GSTPi, к различным опухолям, в том числе к раку кожи и, как недавно установлено, даже к болезни Паркинсона. Это тяжелое нейродегенеративное заболевание, обусловленное избирательной гибелью допаминэргических нейронов в подкорковых отделах мозга, особенно часто наблюдается у людей после хронического воздействия пестицидов. В настоящее время уже имеются достаточно обоснованные данные о том, что по крайней мере некоторые "гены внешней среды" непосредственно участвуют в возникновении ряда онкологических ( рак молочной железы , рак легких , рак мочевого пузыря и др.) и неонкологических ( хронический обструктивный бронхит, эмфизема легких, эндометриоз, болезнь Паркинсона ) заболеваний. Не случайно поэтому популяционный скрининг аллельных вариантов генов GSTM1 и NAT-2 уже сегодня стал предметом широкого обсуждения.
Генотипирование по AРОЕ может сыграть роль в расшифровке нейробиологических механизмов болезни Альцгеймера, а также использоваться как критерий формирования групп больных для клинических исследований. Вместе с тем, пока еще нет достаточных оснований рекомендовать этот метод для практической медицины. Во-первых, не проведены эпидемиологические исследования в отдельных возрастных группах. Если генотип AРОЕ4/4 обнаружен у 25-летнего больного с деменцией, вероятность у него болезни Альцгеймера все равно крайне мала. Во-вторых, болезнью Альцгеймера может страдать человек с любым генотипом AРОЕ, то есть в каждом отдельном случае данные генотипирования не могут ни подтвердить, ни опровергнуть этот диагноз. Даже если генотип свидетельствует о высокой вероятности болезни Альцгеимера, это не исключает наличия другой формы деменции, поддающейся лечению. [5].
Поскольку основная задача дифференциальной диагностики - выявление излечимых форм деменции, а генотипирование по AРОЕ не решает этой задачи, то считают, что нет смысла его широкого использования. Однако со временем результаты генотипирования наряду с другими показателями, например содержанием бета-амилоидного белка или тау-белка в СМЖ, могут составить достаточно чувствительней и специфичный диагностический комплекс.
Обсуждается также прогностическое использование генотипирования по АРОЕ в бессимптомных случаях.
Поскольку профилактики болезни Альцгеимера не существует, многие врачи считают такое тестирование неэтичным. Более того, генотипирование не позволяет прогнозировать такой важный признак, как возраст начала болезни. Лица с генотипом AРОЕ4/Е4 составляют 2% всего населения, причем болезнь обычно начинается в возрасте 50 лет и старше.
.1 Гены и психические заболевания
Поведенческая генетика, также психогенетика изучает влияния генетических свойств организма на поведение, а также взаимодействия генетических и средовых факторов в той мере, в какой они воздействуют на поведение человека, то есть исследование широкоизвестного противоречия: что более влияет - природа или воспитание. Исследование взаимосвязей поведения и генетических предпосылок, или наследственности.
Разновидностью отклоняющегося поведения, являются психические заболевания. Исследования, выполненные разными методами, показали, что наследственная предрасположенность к психическим болезням может быть различной: контролироваться одним локусом (быть моногенной), небольшим числом локусов (олигогенный котроль) или множеством локусов (полигенный контроль). В последнем случае наследственная основа представляется множеством локусов с аддитивным (суммирующем) эффектом аллелей. Каждый из этих генов в отдельности может не проявлять самостоятельного патологического действия, но при их накоплении в определенной комбинации в генотипах они приводят к развитию болезни.
Существует модель «главного гена», согласно которой развитие болезни определяется действием гена с сильным эффектом, а ее выраженность - множеством генов со слабым эффектом (генов-модификаторов, или полигенов) В настоящее время психические болезни относятся к мультифакториальным, или болезням с наследственным предрасположениями.
Для мультифакториальных характерен широкий клинический полиморфизм - разнообразие в проявлении заболевания у разных лиц. Одно и то же заболевание может быть вызвано различными генетическими причинами.
Это явление носит название генетическая гетерогенность.
Для мультифакториальных болезней характерно семейное накопление - частота болезни у родственников выше, чем в среднем в популяции. В родословных с психическими болезнями повышена частота индивидов с пограничными психическими состояниями и другими отклонениями в поведении. [4].